二氧化钒/氧化锌异质多级复合结构的制备及其气敏性能研究
发布时间：2021-10-16 16:24
随着现代经济的发展,我国的工业化水平不断提高,与人类生存发展息息相关的环境问题也日益突出,如今社会对能够实时有效监测易燃易爆、有毒害性气体以及大气污染物的高性能气敏传感器的需求更加迫切。气敏传感器种类繁多,其中金属氧化物半导体气敏传感器因灵敏度高、器件结构简单以及制作成本低等优点得到广泛的研究和应用。金属氧化物半导体氧化锌（ZnO）是传统主流的气敏材料之一,ZnO基纳米结构传感器已经实现了对乙醇、丙酮、氨气等有毒有害气体快速有效的探测。但此类传感器普遍存在工作温度高、功耗大的问题,限制了其在很多领域的应用。二氧化钒（VO2）因具有独特的金属-绝缘体相变性能引起广泛关注。近年来的研究发现,VO2在室温探测有毒有害气体方面具有很大的潜力。但目前VO2基气敏传感器的灵敏度还有待提高。基于上述现状,本文提出一种VO2/ZnO异质多级复合结构,目的是结合两种材料的优点,实现室温下对有毒有害气体的有效探测。本文主要从三个方面展开研究:首先,研究了水热工艺参数对VO2纳米结构形貌的影响,并研...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
按照基本组成单元维度以及多级结构本身的维度分类的多级结构
图 1-2 气敏传感器的分类其中，半导体式气敏传感器的核心部分，即传感器所用的敏感材料，为体氧化物。这类传感器的敏感材料在接触被测气体时，气体分子与材料化学反应，引起载流子的交换或迁移，从而材料的电导率（或电阻率）的发生变化。在接触被测气体产生响应时，以半导体材料物理性质变化说，元件的电阻值随着接触到的被测气体的含量变化而发生改变（增大的传感器属于电阻式半导体式气敏传感器。根据与被测气体相互作用料产生变化的部位来讲，此类传感器又包括两种类型，分别为表面控制制型。本课题实验中所制备的 VO2/ZnO 气敏传感器即属于表面控制型导体气敏传感器。被测气体分子吸附在传感器敏感膜表面，与材料表面发生反应，吸附氧捕获的电子在反应的过程中被释放出来，引起载流子，从而使材料的电导率等发生变化。2 气敏传感器的特性参数
天津大学硕士学位论文1.4 基于二氧化钒的气敏传感器研究现状二氧化钒（VO2）是一种具有 MIT（金属-绝缘体相变）性能的 N 型金属氧化物半导体材料，相变温度在 68℃附近[41]，发生相变后 VO2由低温下的单斜结构（M 相）转变为高温下的四方金红石结构（R 相），而且材料的电学、光学、磁学等特性也会发生变化。因此 VO2被广泛用于光电开关材料[42]、智能温控材料[43,44]、存储器[45]等。除了最常见的 M 相和 R 相，VO2还有 A、B、C、D 等其他相态[46]。近年来，不同相态 VO2的气敏性能也引起了国内外研究人员的关注。Akande 等人[47]用微波水热法制备出疏松纳米球状的 VOx（XRD 显示为 VO和 V2O5的混合相）纳米颗粒，并研究了这种材料在室温下的对甲烷气体的敏感性能。所制备的材料的 XRD、微观形貌图以及气敏响应曲线如图 1-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米材料国内外研究进展Ⅱ——纳米材料的应用与制备方法[J]. 朱世东,徐自强,白真权,尹成先,苗健. 热处理技术与装备. 2010(04)
[2]二氧化钒智能节能材料的溶液法制备与光学性能[J]. 罗宏杰,高彦峰. 中国材料进展. 2009(01)
[3]气体传感器及其在空调机中的应用[J]. 刘素花,张伟,杨然兵. 洁净与空调技术. 2007(01)
[4]气体传感器的发展现状及前景研究[J]. 马黎君. 中国科技信息. 2005(21)
[5]物理学与新型（功能）材料专题系列介绍（Ⅲ） 开拓原子和物质的中间领域──纳米微粒与纳米固体[J]. 张立德,牟季美. 物理. 1992(03)
本文编号：3440131
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
按照基本组成单元维度以及多级结构本身的维度分类的多级结构
图 1-2 气敏传感器的分类其中，半导体式气敏传感器的核心部分，即传感器所用的敏感材料，为体氧化物。这类传感器的敏感材料在接触被测气体时，气体分子与材料化学反应，引起载流子的交换或迁移，从而材料的电导率（或电阻率）的发生变化。在接触被测气体产生响应时，以半导体材料物理性质变化说，元件的电阻值随着接触到的被测气体的含量变化而发生改变（增大的传感器属于电阻式半导体式气敏传感器。根据与被测气体相互作用料产生变化的部位来讲，此类传感器又包括两种类型，分别为表面控制制型。本课题实验中所制备的 VO2/ZnO 气敏传感器即属于表面控制型导体气敏传感器。被测气体分子吸附在传感器敏感膜表面，与材料表面发生反应，吸附氧捕获的电子在反应的过程中被释放出来，引起载流子，从而使材料的电导率等发生变化。2 气敏传感器的特性参数
天津大学硕士学位论文1.4 基于二氧化钒的气敏传感器研究现状二氧化钒（VO2）是一种具有 MIT（金属-绝缘体相变）性能的 N 型金属氧化物半导体材料，相变温度在 68℃附近[41]，发生相变后 VO2由低温下的单斜结构（M 相）转变为高温下的四方金红石结构（R 相），而且材料的电学、光学、磁学等特性也会发生变化。因此 VO2被广泛用于光电开关材料[42]、智能温控材料[43,44]、存储器[45]等。除了最常见的 M 相和 R 相，VO2还有 A、B、C、D 等其他相态[46]。近年来，不同相态 VO2的气敏性能也引起了国内外研究人员的关注。Akande 等人[47]用微波水热法制备出疏松纳米球状的 VOx（XRD 显示为 VO和 V2O5的混合相）纳米颗粒，并研究了这种材料在室温下的对甲烷气体的敏感性能。所制备的材料的 XRD、微观形貌图以及气敏响应曲线如图 1-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米材料国内外研究进展Ⅱ——纳米材料的应用与制备方法[J]. 朱世东,徐自强,白真权,尹成先,苗健. 热处理技术与装备. 2010(04)
[2]二氧化钒智能节能材料的溶液法制备与光学性能[J]. 罗宏杰,高彦峰. 中国材料进展. 2009(01)
[3]气体传感器及其在空调机中的应用[J]. 刘素花,张伟,杨然兵. 洁净与空调技术. 2007(01)
[4]气体传感器的发展现状及前景研究[J]. 马黎君. 中国科技信息. 2005(21)
[5]物理学与新型（功能）材料专题系列介绍（Ⅲ） 开拓原子和物质的中间领域──纳米微粒与纳米固体[J]. 张立德,牟季美. 物理. 1992(03)
本文编号：3440131
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