基于异质结的微纳米复合物气敏材料的合成及其性能研究
发布时间：2022-01-10 17:06
环境有害气体如二氧化氮,三乙胺等无时无刻的在危害着人类健康与环境,而金属氧化物半导体基传感器具有成本低、稳定性好、可在线检测等优点被广泛应用于检测有害气体。但是单一金属氧化物半导体材料基传感器不能满足当今检测有害气体的需求,而很多文献表明了设计纳米结构和形成异质结可以明显地提高材料的气敏性能。因此,本文采用不同方法制备了具有异质结和微纳米结构的金属氧化物半导体及其复合物气敏材料来检测环境有害气体NO2和三乙胺,具体内容如下:本文采用简易低成本的静电纺丝法合成了具有n-n异质结的SnO2-ZnO复合纳米纤维。然后使用SEM、TG、XRD、BET、XPS等多种表征去表征它的结构与性能。制得的纳米纤维具有典型均一的一维纳米结构形貌。此外SnZn20（Zn=20%At.）复合物基传感器不仅对1ppm NO2气体具有超高的灵敏度（46）、快速的响应,回复和线性的的浓度-响应关系在900C较低的操作温度下,而且具有良好的选择性与稳定性。它是一个有潜力检测NO2的气敏材料。最后,n-n异质结的机理也被详细讨论了。本文采用模板法制备了纳米片组装的多级结构NiO空心球,制备得到的NiO空心球具有大的比表...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＩＩ型半导体金属氧化物气敏元件吸附气体时电阻变化示意图??
和异性异质结（ｐ－ｎ异质结）。由于ｐ－ｐ型异质结两种半导体对氧吸附的能力较差导致较??低的气敏性能，研究者们很少使用ｐ－ｐ结复合物来用作气敏材料，这里详细讨论ｐ－ｎ??结和ｎ－ｎ结的原理和应用。??１．２．１?ｐ－ｎ异质结提高气敏性能的原理和应用??Ｍｉｌｌｅｒ等［１５］在２０１４年总结了关于ｐ－ｎ异质结提高气敏的原理及机制。总的来说，??当两种半导体材料相互接触形成复合物时，它们的界面形成异质结。如果两个材料的??费米能级不同，各自的能带会随着费米能级的移动发生变化。当两个半导体材料的费??米能级（ＥＦ）不相同时，费米能级较高的半导体中导带的电子将会流向费米能级低的??导带，而空穴的流动方向则相反，直至费米能级已达到平衡。达到平衡后，在ｎ型半??导体界面会因为电子流失而形成电子耗尽层，ｐ型半导体界面空穴流走则产生空穴耗??尽层，能带结构图如图１－２所示。??由于ｐ型半导体和ｎ型半导体载流子浓度都随着ｐ－ｎ结的形成而降低，故ｐ－ｎ结??复合物的电阻比较与复合之前会变大。??Ｂｅｆｏｒｅ?Ｃｏｎｔａｃｔ?Ａｆｔｅｒ?Ｃｏｎｔａｃｔ??
两边半导体的主载流子均为电子，所以它们的费米能级达到新的平衡后费米能级高的??半导体一侧由于电子流动形成电子耗尽层而费米能级低的半导体一侧形成电子累积??层，如图１－３所示。ｎ－ｎ结对原先半导体的初始电阻影响比较复杂，但是由于电子累??积层的出现，对气体吸附反应过程也会产生影响。在ｎ－ｎ异质结在传感器方面的研究??也是非常广泛，如ＳｎＯ／ｎＣｈＰＵＦｏＣｂ／ＳｎＯ；＾等。??（ｃ）?（ｄ）?Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ?Ｄｃｐｌｅｔｔｏｎ??峨、？－?？？?？．?ｐ?Ｉｍｒ?Ｉｓｘｓｃ??、夕?Ａ?ａ?Ｐ?—?＞??Ｅｆ－ｉ?——?丨，?ｒ＃?ｈ??ｎ－ｎ?＝?ｊ?ｊ?Ｊ??ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｉ?卜）！?３．０?ｅＶ：??＾?Ｅ?：３６ｅＶ?卜、?：??：２?．?＇?▼?ｔＶＢ?？?Ｖ?Ｅｖｂ??驗馨Ｉｔ?摩?仰??＊?Ａｍ?ｎ＾ＳｎＯｊＶ＇ｖ??图１－３?ｎ－ｎ结的能带结构示意图??Ｆｉｇ?１－３?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｆｏｒ?ｎ－ｎ?ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ??１．３材料的结构和形貌对半导体金属氧化物气敏性能的影响??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电弧等离子体法制备的纳米α－Fe2O3的气敏特性[J]. 崔作林,董立峰. 功能材料. 1995(04)
博士论文
[1]半导体NiO及其复合氧化物的水热合成及电化学与气敏性能研究[D]. 林栎阳.重庆大学 2015
[2]基于分等级结构氧化铟的气体传感器研究[D]. 徐秀梅.吉林大学 2014
[3]金属氧化物半导体复合材料纳米结构的构筑及其气敏性能的研究[D]. 娄正.吉林大学 2014
[4]低维α-Fe2O3纳米材料的合成、改性及气敏性能研究[D]. 王燕.南开大学 2009
[5]氧化锌基一维纳米复合材料制备及其性能研究[D]. 向群.上海大学 2008
本文编号：3581079
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＩＩ型半导体金属氧化物气敏元件吸附气体时电阻变化示意图??
和异性异质结（ｐ－ｎ异质结）。由于ｐ－ｐ型异质结两种半导体对氧吸附的能力较差导致较??低的气敏性能，研究者们很少使用ｐ－ｐ结复合物来用作气敏材料，这里详细讨论ｐ－ｎ??结和ｎ－ｎ结的原理和应用。??１．２．１?ｐ－ｎ异质结提高气敏性能的原理和应用??Ｍｉｌｌｅｒ等［１５］在２０１４年总结了关于ｐ－ｎ异质结提高气敏的原理及机制。总的来说，??当两种半导体材料相互接触形成复合物时，它们的界面形成异质结。如果两个材料的??费米能级不同，各自的能带会随着费米能级的移动发生变化。当两个半导体材料的费??米能级（ＥＦ）不相同时，费米能级较高的半导体中导带的电子将会流向费米能级低的??导带，而空穴的流动方向则相反，直至费米能级已达到平衡。达到平衡后，在ｎ型半??导体界面会因为电子流失而形成电子耗尽层，ｐ型半导体界面空穴流走则产生空穴耗??尽层，能带结构图如图１－２所示。??由于ｐ型半导体和ｎ型半导体载流子浓度都随着ｐ－ｎ结的形成而降低，故ｐ－ｎ结??复合物的电阻比较与复合之前会变大。??Ｂｅｆｏｒｅ?Ｃｏｎｔａｃｔ?Ａｆｔｅｒ?Ｃｏｎｔａｃｔ??
两边半导体的主载流子均为电子，所以它们的费米能级达到新的平衡后费米能级高的??半导体一侧由于电子流动形成电子耗尽层而费米能级低的半导体一侧形成电子累积??层，如图１－３所示。ｎ－ｎ结对原先半导体的初始电阻影响比较复杂，但是由于电子累??积层的出现，对气体吸附反应过程也会产生影响。在ｎ－ｎ异质结在传感器方面的研究??也是非常广泛，如ＳｎＯ／ｎＣｈＰＵＦｏＣｂ／ＳｎＯ；＾等。??（ｃ）?（ｄ）?Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ?Ｄｃｐｌｅｔｔｏｎ??峨、？－?？？?？．?ｐ?Ｉｍｒ?Ｉｓｘｓｃ??、夕?Ａ?ａ?Ｐ?—?＞??Ｅｆ－ｉ?——?丨，?ｒ＃?ｈ??ｎ－ｎ?＝?ｊ?ｊ?Ｊ??ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｉ?卜）！?３．０?ｅＶ：??＾?Ｅ?：３６ｅＶ?卜、?：??：２?．?＇?▼?ｔＶＢ?？?Ｖ?Ｅｖｂ??驗馨Ｉｔ?摩?仰??＊?Ａｍ?ｎ＾ＳｎＯｊＶ＇ｖ??图１－３?ｎ－ｎ结的能带结构示意图??Ｆｉｇ?１－３?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｆｏｒ?ｎ－ｎ?ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ??１．３材料的结构和形貌对半导体金属氧化物气敏性能的影响??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电弧等离子体法制备的纳米α－Fe2O3的气敏特性[J]. 崔作林,董立峰. 功能材料. 1995(04)
博士论文
[1]半导体NiO及其复合氧化物的水热合成及电化学与气敏性能研究[D]. 林栎阳.重庆大学 2015
[2]基于分等级结构氧化铟的气体传感器研究[D]. 徐秀梅.吉林大学 2014
[3]金属氧化物半导体复合材料纳米结构的构筑及其气敏性能的研究[D]. 娄正.吉林大学 2014
[4]低维α-Fe2O3纳米材料的合成、改性及气敏性能研究[D]. 王燕.南开大学 2009
[5]氧化锌基一维纳米复合材料制备及其性能研究[D]. 向群.上海大学 2008
本文编号：3581079
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