In掺杂的ZnO纳米棒乙醇气敏特性研究

发布时间：2017-09-22 13:07

  本文关键词：In掺杂的ZnO纳米棒乙醇气敏特性研究

  更多相关文章： 溶胶凝胶法 ZnO纳米棒 In掺杂ZnO纳米棒 气敏性能

【摘要】：ZnO材料是应用最广泛的气敏材料,由于其比较常见,储量丰富,无毒无害,因此是比较理想的气敏材料。但是传统的ZnO气敏材料具有灵敏度低、选择性差、工作温度高等缺点。通常采用改变形貌和掺杂改性来改善其气敏性能。本文中通过溶胶凝胶法制备ZnO纳米棒并对其进行适量的In掺杂,以此来提高ZnO材料对乙醇的气敏性能。首先采用溶胶凝胶法制备ZnO溶胶和In掺杂含量为2at.%、3at.%、4at.%的ZnO溶胶,采用旋涂法将溶胶涂在叉指电极上,经过干燥预处理和高温退火,制备出不同ZnO材料的气敏元件。然后通过自己搭建测试系统对薄膜样品进行气敏性能测试。工作温度为300℃时,ZnO纳米棒对相同浓度乙醇气体的灵敏度高于传统的ZnO薄膜材料。In掺杂含量为3at.%的ZnO纳米棒薄膜对乙醇气体的灵敏度高于无掺杂和掺杂含量为2at.%和4at.%的ZnO纳米棒薄膜。说明棒状结构的ZnO材料气敏性能高于传统ZnO材料,也说明In的引入成功地提高了对乙醇的灵敏度,且In的最佳掺杂含量为3at.%。不同温度下,测量不同样品对200ppm乙醇的响应。实验发现无掺杂的ZnO纳米棒薄膜的最佳工作温度为350℃,掺In的ZnO纳米棒薄膜的最佳工作温度为325℃,说明In的掺入有效的降低了工作温度。文中也对选择性、响应恢复时间进行了测试。通过对测试结果进行分析和对比,总结出In掺杂的ZnO纳米棒材料相对于无掺杂的ZnO纳米棒和传统的ZnO材料都表现出了更好的气敏性能。
【关键词】：溶胶凝胶法 ZnO纳米棒 In掺杂ZnO纳米棒 气敏性能
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB381
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景及研究意义9-10
• 1.2 ZnO半导体材料简介10-12
• 1.2.1 ZnO基本性质10-11
• 1.2.2 ZnO晶体结构11
• 1.2.3 ZnO的缺陷11-12
• 1.3 纳米ZnO的研究现状及发展趋势12-18
• 1.3.1 ZnO纳米材料制备方法研究现状12-15
• 1.3.2 掺杂ZnO纳米材料研究现状15-17
• 1.3.3 ZnO纳米材料的发展趋势17-18
• 1.4 论文研究的主要内容18
• 1.5 本章小结18-19
• 第2章 ZnO纳米棒薄膜的制备及表征19-30
• 2.1 溶胶凝胶法19-20
• 2.2 主要试剂和仪器20-21
• 2.2.1 主要试剂20-21
• 2.2.2 主要仪器21
• 2.3 ZnO纳米棒薄膜的制备过程21-26
• 2.3.1 溶胶的制备21-23
• 2.3.2 基片的选择与清洗23-24
• 2.3.3 薄膜的涂覆24-25
• 2.3.4 干燥预处理25
• 2.3.5 高温退火25-26
• 2.4 ZnO纳米棒薄膜的表征26-28
• 2.4.1 X射线衍射分析（XRD）26-27
• 2.4.2 扫描电子显微镜分析（SEM）27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第3章 In掺杂ZnO纳米棒薄膜的制备及表征30-35
• 3.1 主要试剂和仪器30-31
• 3.1.1 主要试剂30
• 3.1.2 主要仪器30-31
• 3.2 In掺杂ZnO纳米棒薄膜的制备过程31-32
• 3.3 In掺杂ZnO纳米棒薄膜的表征32-34
• 3.3.1 X射线衍射分析（XRD）32-33
• 3.3.2 扫描电子显微镜分析（SEM）33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 气敏材料气敏机理与气敏元件制作35-44
• 4.1 气敏材料气敏机理35-36
• 4.1.1 体原子价控制模型35
• 4.1.2 表面电导控制模型35-36
• 4.1.3 晶界势垒模型36
• 4.2 ZnO纳米棒对乙醇气体的气敏机理36-39
• 4.3 ZnO气敏元件的制备39-43
• 4.3.1 气敏元件的结构39-40
• 4.3.2 叉指电极的设计40-42
• 4.3.3 气敏元件制作的基本工艺流程42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 ZnO气敏材料性能检测与分析44-52
• 5.1 气敏测试系统44-45
• 5.2 气敏元件主要测试参数45-46
• 5.2.1 灵敏度45
• 5.2.2 工作温度45
• 5.2.3 选择性45-46
• 5.2.4 响应和恢复时间46
• 5.3 ZnO材料对乙醇气敏性能测试46-51
• 5.3.1 In掺杂ZnO纳米棒对乙醇灵敏度的测试46-47
• 5.3.2 In掺杂ZnO纳米棒工作温度的测试47-48
• 5.3.3 In掺杂ZnO纳米棒选择性的测试48-50
• 5.3.4 In掺杂ZnO纳米棒响应时间与恢复时间的测试50-51
• 5.4 本章小结51-52
• 结论52-54
• 参考文献54-60
• 致谢60

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本文编号：900970