准定向氧化钨纳米线阵列的制备及气敏性能研究

发布时间：2017-09-10 16:12

  本文关键词：准定向氧化钨纳米线阵列的制备及气敏性能研究

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【摘要】：众所周知,物联网技术的核心技术之一是传感器技术,未来的世界是一个被传感器覆盖的世界,无处不在的传感器将会搜集地球上的各种数据。同时,生态环境恶化是当今世界急需解决的问题,而物联网技术将致力于解决该问题,其中传感器的作用不言而喻。NO_2是主要的大气污染物之一,而基于氧化钨纳米材料的气体传感器在检测NO_2气体方面已表现出了巨大的潜力。本文研究了准定向氧化钨纳米线阵列结构在气敏传感器方面的应用,主要内容包括准定向氧化钨纳米线阵列的制备和气敏性能的评价。本论文创新性地发展了一种金属钨薄膜原位热氧化工艺,成功实现了基片表面准定向氧化钨纳米线阵列的原位生长。利用该工艺制备的纳米线具有粗糙定向特征,线直径约为10-20 nm。系统研究了各个工艺参数对纳米线形貌和结构的影响,获得了氧化钨纳米线的最优制备工艺参数区间。通过表征不同氧化时间中间产物的形貌特征和晶相组成,建立了氧化钨纳米线的原位热氧化生长机理模型并对纳米线的成核生长过程给出了合理解释。研究了基于准定向氧化钨纳米线阵列结构的气体传感器的气敏性能,在工作温度50-200℃范围内测试了传感器对0.25-5 ppm NO_2气体的电阻敏感响应,发现:准定向氧化钨纳米线阵列结构基气体传感器的最佳工作温度为150℃;在此最佳工作温度下对1 ppm的NO_2响应达到了4.4,响应时间和恢复时间分别为78 s和32 s;具有良好的稳定性和NO_2气体选择性。尤其是该纳米线阵列基传感器由于其独特的准定向性阵列结构而显示出非常快速的响应与恢复特性。此外,本论文还研究了快速退火对准定向氧化钨纳米线阵列结构气体传感器气敏性能的影响,发现适当的快速退火条件可以在一定程度上改善其敏感性能。
【关键词】：氧化钨 纳米线 气敏传感器 热氧化
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ136.13;TB383.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 气敏传感器8-11
• 1.1.1 气敏传感器的定义8-9
• 1.1.2 气敏传感器的分类9-10
• 1.1.3 气敏传感器的表征参数10-11
• 1.2 氧化钨气敏性能的研究现状11-12
• 1.3 准定向氧化钨纳米线的研究现状12-15
• 1.4 本课题主要研究内容和意义15-17
• 第二章 实验部分17-26
• 2.1 样品的制备实验流程17-23
• 2.1.1 基底清洗17-18
• 2.1.2 溅射沉积Pt电极18
• 2.1.3 金属钨膜的沉积工艺18-19
• 2.1.4 热氧化法制备准定向氧化钨纳米线阵列19
• 2.1.5 退火处理19-20
• 2.1.6 样品制备所用的主要实验设备20-23
• 2.2 样品微观结构表征23-24
• 2.2.1 SEM表征23
• 2.2.2 TEM表征23-24
• 2.2.3 EDS分析24
• 2.2.4 XRD分析24
• 2.3 气敏性能测试24-26
• 第三章 准定向氧化钨纳米线阵列的制备与气敏性能研究26-44
• 3.1 氧化钨纳米线制备的研究26-33
• 3.1.1 热氧化压强对氧化钨纳米线制备的影响26-28
• 3.1.2 热氧化气氛氩气流量对氧化钨纳米线制备的影响28-29
• 3.1.3 热氧化时间对氧化钨纳米线制备的影响29-31
• 3.1.4 基片放置方向对氧化钨纳米线制备的影响31-32
• 3.1.5 基片放置数目对氧化钨纳米线制备的影响32-33
• 3.2 热氧化法制备准定向备氧化钨纳米线的标准实验条件33-35
• 3.3 氧化钨纳米线的生长原理35-36
• 3.4 准定向氧化钨纳米线气敏性能研究36-42
• 3.4.1 工作温度特性与响应灵敏度36-38
• 3.4.2 响应时间与恢复时间38-39
• 3.4.3 传感器的稳定性39-40
• 3.4.4 传感器的选择性40-41
• 3.4.5 氧化钨纳米线的气敏机理41-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 快速退火对氧化钨纳米线影响的研究44-53
• 4.1 快速退火温度对产物的影响44-47
• 4.1.1 快速退火温度对产物形貌的影响44-45
• 4.1.2 不同退火温度样品的XRD表征45-47
• 4.2 氧气和氮气的比例对产物的影响47-48
• 4.2.1 不同退火气氛样品的XRD表征47-48
• 4.3 气敏性能测试48-50
• 4.3.1 退火条件对气敏响应灵敏度的影响48-50
• 4.3.2 退火条件对气敏响应恢复速率的影响50
• 4.4 快速退火与常规退火对其气敏性能的影响差异50-51
• 4.5 本章小结51-53
• 第五章 总结与展望53-55
• 参考文献55-59
• 发表论文和参加科研情况说明59-60
• 致谢60-61

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本文编号：825295