基于竖直硅纳米线有序结阵列的气体传感研究

发布时间：2023-01-25 23:34

　　随着互联网技术和人工智能的高速发展,我们即将迎来物联网时代。物联网的最终目标是实现万物互联,使我们所在的环境完全智能化。物联网所传递的信息将来自无处不在的智能终端,智能终端收集环境数据的核心器件是传感器。由于应用场景的范围愈加广泛,以及电子器件小型化的趋势,合适传感材料和结构的制备显得尤为关键。气体传感器是其中一类重要的传感器,在诸如公共安全、工业控制、环境保护、个人健康等方面有重要的应用。大量新型的纳米材料和纳米结构已经被应用于气体传感器件中,包括纳米颗粒、纳米线、纳米管以及各类二维纳米材料。硅纳米线因具有高比表面积、良好兼容性、低功耗等优点,被认为是很有应用前景的一类纳米材料。硅纳米线的制备方法包括化学气相沉积、激光烧蚀、反应离子刻蚀、溶液法、金属辅助化学刻蚀等,这些方法中金属辅助化学刻蚀（MACE）因其廉价简便、直接形成阵列、尺寸可调等优势受到广泛关注。本文采用MACE方法制备硅纳米线阵列,并以其建立了可靠的气体传感平台实现了高灵敏度的气体检测和气体识别。本论文的主要内容如下:第一章介绍了近年来基于纳米材料的电学气体传感研究,包括化学电阻式、场效应管、场致离子化、化学电容器和外差... 

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 气体传感器简介
    1.3 纳米气体传感器简介
    1.4 基于一维纳米材料的电学气体传感器
        1.4.1 化学电阻式气体传感器
        1.4.2 场效应管式气体传感器
        1.4.3 电容及外差振荡式气体传感器
        1.4.4 场致离子化气体传感器
    1.5 硅纳米线阵列的制备
        1.5.1 金属催化剂
        1.5.2 氧化剂
        1.5.3 硅片本身性质
        1.5.4 温度与光照
    1.6 本课题研究的主要内容
第二章 尖端接触型硅纳米线阵列的气体传感研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验材料和仪器
        2.2.2 硅纳米线阵列的制备
        2.2.3 尖端接触硅纳米线阵列结构的形成
        2.2.4 材料表征和气体响应测试系统
        2.2.5 气体响应数据处理
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 硅纳米线阵列刻蚀条件的选择
        2.3.2 尖端接触型硅纳米线阵列结构的材料及电学表征
        2.3.3 同型尖端接触结构的NO_2气体传感性能
        2.3.4 尖端接触型p-n结结构的NO_2气体响应
        2.3.5 尖端接触型结构的气体传感机理
    2.4 本章小结
第三章 基于n-ZnO/p-Si纳米线阵列的气体传感研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验材料与仪器
        3.2.2 n-ZnO/p-Si纳米线阵列结构的制备
        3.2.3 材料表征和气体测试系统
        3.2.4 气体响应数据处理
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 n-ZnO/p-Si纳米线阵列结构的制备与表征
        3.3.2 n-ZnO/p-Si纳米线阵列结构的气体传感性能
        3.3.3 硅纳米线阵列-ITO结构的对照气体传感实验
        3.3.4 n-ZnO/p-Si纳米线阵列结构气体识别和响应机理
    3.4 本章小结
第四章 rGO/n-ZnO/p-Si纳米线阵列的离子化气体传感
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验材料与仪器
        4.2.2 rGO/n-ZnO/p-Si纳米线阵列的制备
        4.2.3 材料表征和气体测试系统
        4.2.4 气体响应数据处理
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 纳米线阵列离子化电极材料的制备与表征
        4.3.2 硅纳米线阵列的离子化性能
        4.3.3 n-ZnO/p-Si纳米线阵列的气体电离及传感性能
        4.3.4 rGO/n-ZnO/p-Si纳米线阵列的场发射性能
        4.3.5 rGO/n-ZnO/p-Si纳米线阵列的场发射气体传感
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
作者在博士期间取得的科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管复合材料场发射性能研究现状[J]. 于颖,王丽军,刘凌宏,李剑,文俊伟,王小平.  材料导报. 2016(05)
[2]光照对HF/Fe（NO3）3溶液中制备硅纳米线的作用研究[J]. 刘琳,王永田.  物理学报. 2015(14)
[3]毛细管气相色谱法测定盐酸美金刚原料药中三氯甲烷的残留量[J]. 宋更申,郭毅,付焱,闫凯.  中国药房. 2010(37)
[4]对碳纳米管阵列的场发射电场增强因子以及最佳阵列密度的研究[J]. 朱亚波,王万录,廖克俊.  物理学报. 2002(10)

博士论文
[1]基于一维纳米材料的气体传感器及其应用研究[D]. 孟凡利.中国科学技术大学 2009



本文编号：3731922