可见光激发型氧缺陷ZnO 1-x 室温NO 2 气体传感器的研究
发布时间：2021-01-29 14:06
NO2气体是影响空气质量的重要污染物之一,研发高响应、低成本、易维护的NO2半导体气体传感器尤为必要,其中,ZnO是具有较好应用前景的NO2半导体气敏材料。目前,半导体气体传感器的重要研究方向之一是降低工作温度,室温为最佳。利用紫外光激发可以有效地将ZnO的工作温度降低到室温。然而,紫外光需要定制光源,还会使传感器装置中高分子部件发生老化,甚至会引起目标气体发生分解或化合反应,有一定的使用局限性,所以研发可见光激发型ZnO室温N02气体传感器更有实际应用前景。本文面向研发高性能可见光激发型ZnO室温NO2气体传感器的需求,立足ZnO可见光吸收能力差、电子浓度低和室温N02吸附活性有限这三个核心问题,通过氧缺陷自掺杂手段拓宽了 ZnO可见光吸收范围,增大其电子浓度,改善其NO2吸附活性,进而显著提高其室温N02气敏性能。分别采用紫外可见吸收光谱（UV-Vis）、基准电阻测量和室温N02气敏性能测试研究了 ZnO可见光吸收能力、电子浓度和NO2吸附活性随氧缺陷浓度的变化规律,并结合第一性原理计算（DFT）从吸附能以及电子转移的角度分析了氧缺陷浓度与气敏性能增强的内在联系,建立了可见光激发型...
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２．光激发半导体气体传感器的研究汇总??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?Ｓｕｍｍａｒｙ?ｏｆ?ｌｉｇｈｔ－ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｇａｓ?ｓｅｎｓｏｒｓ??
而ＣｄＳ的修饰将ＣｄＳ＠ＺｎＯ复合物的吸光范围拓展到了?４００?ｎｍ附近的可，可见光照射下，ＣｄＳ＠ＺｎＯ复合物表现出了优异的室温甲醛气敏响应，增敏效ＣｄＳ／ＺｎＯ的质量比，质量比为０．１：１的ＣｄＳ／ＺｎＯ甲醛气敏性能最佳，进一步增大Ｃ则会明显降低传感器的响应，ＣｄＳ含量的增加一方面会增大载流子浓度，另一方小ＺｎＯ的有效气体吸附面枳。Ｈｏｆｆｍａｎｎ等人［４７］在Ｓｉ基材上制备了?ＣｄＳ＠ＺｎＯ并在太阳光照射下用其检测了氧化性和还原性气体，虽然这种传感器是基于电压，和电阻变化不同，但其气敏机理和表面耗尽层模型一致，可见光照射下，ＣｄＳ＠烷的选择性要明显优于纯ＺｎＯ，增敏原因主要是光生电子浓度的增大。??．２．２第二相修饰结构??第二相修饰结构，即采用的两个组分含量不同，含量多的氧化物为主体，含量较同形貌修饰在主体上，主要包括一维纳米结构、分级纳米结构和量子点敏化等形由溶剂热合成法、沉淀法等制备而成。??）?一维纳米结构??
从ＵＶ区域（小于３７５?ｎｍ）扩展到了可见光域（略小于５５０?ｎｍ），气敏测试表明ＺｎＯ在??室温下对ＮＯ２几乎没有响应，而Ｎ７１９染料敏化的ＺｎＯ对丨．２５－丨０ｐｐｍＮＯ２表现出了明显??的室温气敏响应（如图１－５），染料敏化后ＺｎＯ传感器的气敏性能大幅提高了。??（ａ）?｜?（ｂ）?｜〇１［???Ｉ２０???ｓｕｂｓｔｒａｔｅ?＾??－－－?－?ａ－ＺｎＣ）?？??？?１???ｊ?＾?—ｄｙｅｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄａ－ＺｎＱ?＾?一??７?ｏ?，〇＜．?Ｉ?？？?Ｘ?Ｉ??＾?ｕ?：?＼?＊??ＮＯ，?ｃｏｎｃｅｎｌｒａｔｉｏｎ?．?＾??〒?＼?．．．?Ｃ?〇０?？?４?？?Ｉ?ｌ？??？２?．？?§?的賊一％／＼?－?１０?．吾??１?ｒ?＼?！．??＼?□?：?＿?？?ｉ?！?ｙ．??？?１?．?？??？?￣?？?？?ｉ?１?■??＊、、、?ｉｉ?ｉ?ｉ?？?１??－?＾?＿?；?；?＿?；．?；；??３５０?４００?４５０?５００?５５０?６００?６５０?７００?７５０?８００?，〇?〇?５０?１００?１５０?２００?２５０?３００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）?Ｔｉｍｅ?（ｍｉｎ）??图１－５．?（ａ）?ＵＶ－Ｖｉｓ吸收光谱；（ｂ）?Ｎ〇２气敏响应［５８］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５．?（ａ）?ＵＶ－Ｖｉｓ?ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｓｐｅｃｔｒａ；?（ｂ）?Ｎ〇２?ｓｅｎｓｉｎｇ?ｒｅｓｐｏｎｓｅ［５８］??１．４氧缺陷自掺杂??１．４．１氧缺陷对吸附活性的影响??除了构建特殊纳米形貌和材料改性
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design and fabrication of 1-D semiconductor nanomaterials for high-performance photovoltaics[J]. Ning Han,Zaixing Yang,Lifan Shen,Hao Lin,Ying Wang,Edwin Y.B.Pun,Yunfa Chen,Johnny C.Ho. Science Bulletin. 2016(05)
[2]Zinc Oxide Nanostructures for NO2 Gas–Sensor Applications:A Review[J]. Rajesh Kumar,O.Al-Dossary,Girish Kumar,Ahmad Umar. Nano-Micro Letters. 2015(02)
本文编号：3007016
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２．光激发半导体气体传感器的研究汇总??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?Ｓｕｍｍａｒｙ?ｏｆ?ｌｉｇｈｔ－ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｇａｓ?ｓｅｎｓｏｒｓ??
而ＣｄＳ的修饰将ＣｄＳ＠ＺｎＯ复合物的吸光范围拓展到了?４００?ｎｍ附近的可，可见光照射下，ＣｄＳ＠ＺｎＯ复合物表现出了优异的室温甲醛气敏响应，增敏效ＣｄＳ／ＺｎＯ的质量比，质量比为０．１：１的ＣｄＳ／ＺｎＯ甲醛气敏性能最佳，进一步增大Ｃ则会明显降低传感器的响应，ＣｄＳ含量的增加一方面会增大载流子浓度，另一方小ＺｎＯ的有效气体吸附面枳。Ｈｏｆｆｍａｎｎ等人［４７］在Ｓｉ基材上制备了?ＣｄＳ＠ＺｎＯ并在太阳光照射下用其检测了氧化性和还原性气体，虽然这种传感器是基于电压，和电阻变化不同，但其气敏机理和表面耗尽层模型一致，可见光照射下，ＣｄＳ＠烷的选择性要明显优于纯ＺｎＯ，增敏原因主要是光生电子浓度的增大。??．２．２第二相修饰结构??第二相修饰结构，即采用的两个组分含量不同，含量多的氧化物为主体，含量较同形貌修饰在主体上，主要包括一维纳米结构、分级纳米结构和量子点敏化等形由溶剂热合成法、沉淀法等制备而成。??）?一维纳米结构??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Design and fabrication of 1-D semiconductor nanomaterials for high-performance photovoltaics[J]. Ning Han,Zaixing Yang,Lifan Shen,Hao Lin,Ying Wang,Edwin Y.B.Pun,Yunfa Chen,Johnny C.Ho. Science Bulletin. 2016(05)
[2]Zinc Oxide Nanostructures for NO2 Gas–Sensor Applications:A Review[J]. Rajesh Kumar,O.Al-Dossary,Girish Kumar,Ahmad Umar. Nano-Micro Letters. 2015(02)
本文编号：3007016
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