镂空分级金属氧化物纳米结构的设计制备、气敏性能与机理研究

发布时间：2021-08-06 08:45

　　随着空气污染越来越严重和人类安全的迫切需要,生产和制造性能卓越的气体实时监测传感设备具有十分重要的应用价值。具有特殊微纳结构的半导体金属氧化物不仅被广泛应用于能量存储、光催化和铁电材料等领域,而且作为核心敏感材料在金属氧化物半导体型气体传感器中也展现了令人满意的性能。相比于传统粉体材料而言,纳米材料具有较为独特的几何/外形/结构特点。尽管如此,这类材料的灵敏度,选择性与响应恢复速度不能同时满足实时监测挥发性有机气体与时俱进的迫切需求。因此,进一步地提高金属氧化物半导体型气体传感器综合性能亟待解决。从纳米材料的角度来看,金属氧化物半导体型气体传感器综合性能的提升不能仅仅地依赖于先进的电子电路系统的开发之上,“在理论计算的基础上,如何以气体传感器性能提高为目的导向性地设计与合成性能优越的半导体金属氧化物纳米材料”也不可或缺。纳米结构中的孔洞不仅可以增加材料的比表面积,为化学反应提供更多的活性位点,而且可以为目标气体分子的传输和扩散提供通道,被测目标气体分子可以以纳米孔洞为通道迅速到达敏感材料的活性位点上。而在气体传感器实际应用中,较高的加热测试温度会引起纳米颗粒之间相互团聚和生长聚合,形成... 

【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２旁热式陶瓷管式气体传感器原件结构示意图

崳姡模希茫裕希遥粒蹋牐模桑樱樱牛遥裕粒裕桑希危崳?层厚度为ｘ〇，如图１．７所示。用Ｒ表示单个颗粒总电阻，Ｒ２表示外部导电层电阻，１１３表示体电??阻，Ｒｉ和Ｒ４表不颗粒间接触电阻，那么：??－?Ｒ?＝?Ｒｉ＋｜ｔ｜＋Ｒ４?（公式?１．７）??第三个假设，Ｄ？ｘ〇，这意味着颗粒尺寸远大于德拜深度（Ｄｅｂｙｅ?ｌｅｎｇｔｈ，?Ｌｄ）。Ｈ为电子迁移??率，ＰＢ为未发生空穴浓度变化区域中的平均空穴浓度，Ｐｓ为空穴增加层中的平均空穴浓度：??（ａ）?（ｂ）?ｊ?（ｃ）??Ｒ，?３??图１．７金Ｍ氧化物颗粒简化模型，用于计算颗粒电阻：（ａ）立方体模型，（ｂ）各个部分之间的导电电路示意图（ｃ）??颗粒的等效直流电路［１４Ｌ??Ｆｉｇ．?１．７?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｅｔａｌ?ｏｘｉｄｅ?ｇｒａｉｎｓ，?ｕｓｅｄ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｇｒａｉｎ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：?ｌｅｆｔ，?ｔｈｅ?ｃｕｂｉｃ??ｇｒａｉｎ?ｍｏｄｅｌ；?ｃｅｎｔｅｒ，?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｇｒａｉｎ?ｐａｒｔｓ；?ｒｉｇｈｔ，?ｔｈｅ?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?ＤＣ??ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｇｒａｉｎ［１４］．??Ｒｉ＝＾ｘ＾＝Ｒ＾?（公式?１．８）??＇（公式?ｉ．９）??（公式ｌｌ０）??将所有的电阻都用ｒｂ来表示：??Ｒｉ

ＤＯＣＴＯＲＡＬ?ＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ?????化系数根据具体的模型参数而定，如图１．８所示）。那么：??ｒ＝Ｒｂ（ＳｘＳ＋ｔ４ｉ）?（公式Ｕ４）??为了分离括号内的两项，我们需要计算Ｐｓ。在一维无限长模型中：??Ｐｓ?＝?士Ｃ?Ｐ〇〇ｄｘ?＝?ｉ?Ｊ０Ｘ°?ｐｂｅｘｐ?（盖）ｄｘ?（公式?１?＿?１５）??第五个假设，费米能级远离价带边缘。使用玻尔兹曼常数，将一维转变到三维情况：??［〇〇？〇〇］??ｒｒｎ?…ｒｒｐ??｜?；?Ｃ?Ｉ?Ｉ?１??Ｌ．?？：■—Ｉ?．?－１?＾—，—??图１．８理论计算导电模型示意图Ｊ：图，实际敏感层；（ｂ）中图，立方颗粒最大接触模型；（ｃ）下图：立方颗??粒部分接触模型［１４］。??Ｆｉｇ．?１．８?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌｓ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌｉｎｇ：?ｕｐｐｅｒ?ｐａｒｔ，?ｔｈｅ?ａｃｔｕａｌ?ｓｅｎｓｉｎｇ?ｌａｙｅｒ；??ｃｅｎｔｅｒ

【参考文献】：
期刊论文
[1]ZnO-CuO纳米复合氧化物的制备及其气敏性能[J]. 范会涛,曾毅,杨海滨,郑学军,刘丽,张彤.  物理化学学报. 2008(07)



本文编号：3325459