基于纳米InN-In 2 O 3 复合材料的气敏传感器的制备与研究
发布时间：2022-12-08 01:43
随着国民经济的飞速发展,居民对出行安全、居住品质、空气环境要求的不断提高,对灵敏度高且抗干扰性强的乙醇、甲醛、NO2等有毒有害气体传感器的要求越来越高。各类气体传感器中,半导体传感器由于制作成本低廉、功耗低、灵敏度高和稳定性强等特点,一直是研究的热点。气敏材料是气体传感器的核心,而通过掺杂与复合提升气敏材料的敏感特性是提升气体传感器性能的重要手段之一。In2O3是一种重要的气敏材料,进一步提高其敏感性也是行业内不断探究的重点问题之一。InN是一种新型的直接带隙化合物半导体,具有较小的电子有效质量、带隙宽度与较大的电子迁移率,如果将InN和In2O3复合,通过优势互补,理论上有可能开发出一种新型复合金属氮氧化物气敏材料,实现对有害气体的高性能检测。因此本文创新性地提出利用InN对In2O3进行改性,以增强其气敏响应能力,构建新型超高灵敏度的气敏传感器。本论文采取先氮化后氧化的材料生长工艺,制备出了不同形貌的纳米InN-In2<...
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究的背景和意义
1.2 气敏传感器
1.2.1 复合型气敏材料
1.2.2 气敏传感器的类型与应用
1.2.3 平面型气敏传感器件的设计
1.3 实验的主要设备和仪器
1.4 气敏材料的主要制备方法
1.4.1 化学气相沉积法
1.4.2 磁控溅射法
1.4.3 分子束外延法
1.4.4 溶胶-凝胶法
1.4.5 微乳液法
1.4.6 模板法
1.4.7 静电纺丝法
1.4.8 水热法
1.5 表征手段与测试方法
1.6 论文研究的主要内容
第2章 纳米InN基底材料的制备与表征
2.1 基底材料的制备
2.1.1 纳米In_2O_3材料的制备
2.1.2 纳米InN的制备
2.2 基底材料的表征
2.2.1 基底材料的XRD表征
2.2.2 基底材料的SEM表征
2.2.3 InN基底材料的EDS表征
2.2.4 InN基底材料的TEM表征
2.2.5 InN基底材料的XPS表征
2.2.6 InN基底材料的PL表征
2.3 本章小结
第3章 松枝状InN-In_2O_3的制备及其乙醇气敏特性研究
3.1 松枝状InN-In_2O_3材料的制备
3.2 松枝状InN-In_2O_3材料的表征
3.2.1 松枝状InN-In_2O_3的XRD表征
3.2.2 松枝状InN-In_2O_3的SEM表征
3.2.3 松枝状InN-In_2O_3的EDS表征
3.2.4 松枝状InN-In_2O_3的TEM表征
3.2.5 松枝状InN-In_2O_3的XPS表征
3.3 松枝状InN-In_2O_3 的气敏性能测试
3.3.1 最佳工作温度测试
3.3.2 不同浓度气体灵敏度测试
3.3.3 气体响应-恢复特性测试
3.3.4 气体选择性测试
3.3.5 可重复性测试
3.3.6 气敏性能比较
3.4 松枝状InN-In_2O_3的乙醇气敏特性机理分析
3.5 本章小结
第4章 瓶状InN-In_2O_3的制备及其甲醛气敏特性研究
4.1 瓶状InN-In_2O_3材料的制备
4.2 瓶状InN-In_2O_3材料的表征
4.2.1 瓶状InN-In_2O_3的XRD表征
4.2.2 瓶状InN-In_2O_3的SEM表征
4.2.3 瓶状InN-In_2O_3的EDS表征
4.2.4 瓶状InN-In_2O_3的TEM表征
4.2.5 瓶状InN-In_2O_3的XPS表征
4.3 瓶状InN-In_2O_3的气敏性能测试
4.3.1 最佳工作温度测试
4.3.2 不同浓度气体灵敏度测试
4.3.3 气体响应-恢复特性测试
4.3.4 气体选择性测试
4.3.5 湿度与灵敏度关系测试
4.3.6 可重复性测试
4.3.7 气敏性能比较
4.4 瓶状InN-In_2O_3的甲醛气敏特性机理分析
4.5 本章小结
第5章 腔体InN-In_2O_3的制备及其NO_2气敏特性研究
5.1 腔体InN-In_2O_3材料的制备
5.2 腔体InN-In_2O_3材料的表征
5.2.1 腔体InN-In_2O_3的XRD表征
5.2.2 腔体InN-In_2O_3的SEM表征
5.2.3 腔体InN-In_2O_3的EDS表征
5.2.4 腔体InN-In_2O_3的TEM表征
5.2.5 腔体InN-In_2O_3的XPS表征
5.3 腔体InN-In_2O_3 的气敏性能测试
5.3.1 最佳工作温度测试
5.3.2 不同浓度气体灵敏度测试
5.3.3 气体响应-恢复特性测试
5.3.4 气体选择性测试
5.3.5 可重复性测试
5.3.6 气敏性能比较
5.4 腔体InN-In_2O_3的NO_2气敏特性机理分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
在学期间所取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]水热法合成In2O3多孔纳米片及其甲醛气敏性能研究[J]. 董家乐,祝杰君,燕瑞,郑娇玲,陈玉萍,高利苹. 陶瓷学报. 2020(01)
[2]Molecular beam epitaxy of superconducting PdTe2 films on topological insulator Bi2Te3[J]. HuanYi Xue,Hao Yang,YanFu Wu,Gang Yao,Dandan Guan,ShiYong Wang,Hao Zheng,CanHua Liu,YaoYi Li,JinFeng Jia. Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2019(07)
[3]In2O3的制备方法及其气敏性能研究进展[J]. 张蕾,刘煜,于梦贤,薛光宇,惠晓雨,梁茂,纪文会,马登学,王常春,梁士明. 山东化工. 2018(23)
[4]Fe2O3/TiO2复合纳米管阵列的制备及其可见光催化性能研究[J]. 雷锐,陈荣生,张博威,詹玮婷,李杨,倪红卫. 武汉科技大学学报. 2017(04)
[5]分子印迹电化学传感器制备及在蛋白质检测上的应用[J]. 刘艳丽,李小军,贺晓荣,李延斌,李红朝. 化工进展. 2017(07)
[6]氧化铟纳米纤维的制备及其甲醛气敏性能[J]. 黄峰,舒绍明,刘翎玥,刘善堂. 武汉工程大学学报. 2016(06)
[7]多靶磁控溅射镀膜设备及其特性[J]. 佘鹏程,陈庆广,胡凡,陈特超,彭立波,张赛,毛朝斌. 电子工业专用设备. 2016(06)
[8]溶胶凝胶法[J]. 粉末冶金技术. 2016(02)
[9]Enhancement of phosphors-solubility in ZnO by thermal annealing[J]. K.Mahmood,N.Amin,A.Ali,M.Ajaz un Nabi,M.Imran Arshad,M.Zafar,M.Asghar. Journal of Semiconductors. 2015(12)
[10]一种新型石英晶振微天平水果气体传感器研究[J]. 于婧怡,薛严冰,李亚. 传感技术学报. 2015(07)
博士论文
[1]铟基氮、氧化物和铜基氧化物薄膜的制备及性质研究[D]. 董成军.吉林大学 2013
[2]溶剂热法合成氧化铟、氧化铈纳米结构及其性能研究[D]. 杨红晓.山东大学 2013
[3]基于In2O3的半导体气体传感器的制备和应用[D]. 杨卫.武汉大学 2014
[4]四氧化三铁及其金银纳米复合物的光学特性研究[D]. 王本阳.哈尔滨工业大学 2015
[5]基于金属氧化物半导体的微纳传感器制备及其性能研究[D]. 卓明.湖南大学 2015
[6]氧化铟材料的形貌可控制备及其乙醇气敏性能研究[D]. 刘继江.哈尔滨工业大学 2015
[7]纳米In2O3气敏性能及其气敏机理研究[D]. 詹自力.郑州大学 2003
[8]聚合物/介孔分子筛新型复合材料的制备及材料结构与性能研究[D]. 闰明涛.北京化工大学 2005
[9]攻击性驾驶行为与交通事故的关系研究[D]. 李凤芝.四川大学 2004
[10]具有多级结构的过渡金属化合物微/纳米材料的制备及其性能研究[D]. 朱君.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]低维氧化钨纳米晶材料的制备与气敏性能研究[D]. 侯贤祥.郑州大学 2011
[2]金属镍掺杂二氧化锡基气体传感器的检测特性研究[D]. 刘刚.重庆大学 2013
[3]大气臭氧和二氧化氮的变化及其影响因素[D]. 周晨虹.南京信息工程大学 2013
[4]InAs纳米线阵列制备及其气敏特性研究[D]. 占婷婷.大连理工大学 2015
[5]氧化锌/锡纳米片/线气敏元件直接构筑及其性能研究[D]. 居佃兴.济南大学 2015
[6]部分室内植物受甲醛污染胁迫净化能力和响应机制的研究[D]. 闫红梅.山东建筑大学 2016
[7]基于静电纺丝技术的功能性纤维材料的制备及性质研究[D]. 刘运时.济南大学 2016
[8]基于激光调制NO2检测系统的研究[D]. 李金艳.深圳大学 2016
[9]真空加热观测实验平台设计开发[D]. 高常青.山东大学 2017
[10]基于MoS2/InN异质结纳米材料的制备及H2检测性能研究[D]. 刘敏.西南科技大学 2017
本文编号：3713292
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究的背景和意义
1.2 气敏传感器
1.2.1 复合型气敏材料
1.2.2 气敏传感器的类型与应用
1.2.3 平面型气敏传感器件的设计
1.3 实验的主要设备和仪器
1.4 气敏材料的主要制备方法
1.4.1 化学气相沉积法
1.4.2 磁控溅射法
1.4.3 分子束外延法
1.4.4 溶胶-凝胶法
1.4.5 微乳液法
1.4.6 模板法
1.4.7 静电纺丝法
1.4.8 水热法
1.5 表征手段与测试方法
1.6 论文研究的主要内容
第2章 纳米InN基底材料的制备与表征
2.1 基底材料的制备
2.1.1 纳米In_2O_3材料的制备
2.1.2 纳米InN的制备
2.2 基底材料的表征
2.2.1 基底材料的XRD表征
2.2.2 基底材料的SEM表征
2.2.3 InN基底材料的EDS表征
2.2.4 InN基底材料的TEM表征
2.2.5 InN基底材料的XPS表征
2.2.6 InN基底材料的PL表征
2.3 本章小结
第3章 松枝状InN-In_2O_3的制备及其乙醇气敏特性研究
3.1 松枝状InN-In_2O_3材料的制备
3.2 松枝状InN-In_2O_3材料的表征
3.2.1 松枝状InN-In_2O_3的XRD表征
3.2.2 松枝状InN-In_2O_3的SEM表征
3.2.3 松枝状InN-In_2O_3的EDS表征
3.2.4 松枝状InN-In_2O_3的TEM表征
3.2.5 松枝状InN-In_2O_3的XPS表征
3.3 松枝状InN-In_2O_3 的气敏性能测试
3.3.1 最佳工作温度测试
3.3.2 不同浓度气体灵敏度测试
3.3.3 气体响应-恢复特性测试
3.3.4 气体选择性测试
3.3.5 可重复性测试
3.3.6 气敏性能比较
3.4 松枝状InN-In_2O_3的乙醇气敏特性机理分析
3.5 本章小结
第4章 瓶状InN-In_2O_3的制备及其甲醛气敏特性研究
4.1 瓶状InN-In_2O_3材料的制备
4.2 瓶状InN-In_2O_3材料的表征
4.2.1 瓶状InN-In_2O_3的XRD表征
4.2.2 瓶状InN-In_2O_3的SEM表征
4.2.3 瓶状InN-In_2O_3的EDS表征
4.2.4 瓶状InN-In_2O_3的TEM表征
4.2.5 瓶状InN-In_2O_3的XPS表征
4.3 瓶状InN-In_2O_3的气敏性能测试
4.3.1 最佳工作温度测试
4.3.2 不同浓度气体灵敏度测试
4.3.3 气体响应-恢复特性测试
4.3.4 气体选择性测试
4.3.5 湿度与灵敏度关系测试
4.3.6 可重复性测试
4.3.7 气敏性能比较
4.4 瓶状InN-In_2O_3的甲醛气敏特性机理分析
4.5 本章小结
第5章 腔体InN-In_2O_3的制备及其NO_2气敏特性研究
5.1 腔体InN-In_2O_3材料的制备
5.2 腔体InN-In_2O_3材料的表征
5.2.1 腔体InN-In_2O_3的XRD表征
5.2.2 腔体InN-In_2O_3的SEM表征
5.2.3 腔体InN-In_2O_3的EDS表征
5.2.4 腔体InN-In_2O_3的TEM表征
5.2.5 腔体InN-In_2O_3的XPS表征
5.3 腔体InN-In_2O_3 的气敏性能测试
5.3.1 最佳工作温度测试
5.3.2 不同浓度气体灵敏度测试
5.3.3 气体响应-恢复特性测试
5.3.4 气体选择性测试
5.3.5 可重复性测试
5.3.6 气敏性能比较
5.4 腔体InN-In_2O_3的NO_2气敏特性机理分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
在学期间所取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]水热法合成In2O3多孔纳米片及其甲醛气敏性能研究[J]. 董家乐,祝杰君,燕瑞,郑娇玲,陈玉萍,高利苹. 陶瓷学报. 2020(01)
[2]Molecular beam epitaxy of superconducting PdTe2 films on topological insulator Bi2Te3[J]. HuanYi Xue,Hao Yang,YanFu Wu,Gang Yao,Dandan Guan,ShiYong Wang,Hao Zheng,CanHua Liu,YaoYi Li,JinFeng Jia. Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2019(07)
[3]In2O3的制备方法及其气敏性能研究进展[J]. 张蕾,刘煜,于梦贤,薛光宇,惠晓雨,梁茂,纪文会,马登学,王常春,梁士明. 山东化工. 2018(23)
[4]Fe2O3/TiO2复合纳米管阵列的制备及其可见光催化性能研究[J]. 雷锐,陈荣生,张博威,詹玮婷,李杨,倪红卫. 武汉科技大学学报. 2017(04)
[5]分子印迹电化学传感器制备及在蛋白质检测上的应用[J]. 刘艳丽,李小军,贺晓荣,李延斌,李红朝. 化工进展. 2017(07)
[6]氧化铟纳米纤维的制备及其甲醛气敏性能[J]. 黄峰,舒绍明,刘翎玥,刘善堂. 武汉工程大学学报. 2016(06)
[7]多靶磁控溅射镀膜设备及其特性[J]. 佘鹏程,陈庆广,胡凡,陈特超,彭立波,张赛,毛朝斌. 电子工业专用设备. 2016(06)
[8]溶胶凝胶法[J]. 粉末冶金技术. 2016(02)
[9]Enhancement of phosphors-solubility in ZnO by thermal annealing[J]. K.Mahmood,N.Amin,A.Ali,M.Ajaz un Nabi,M.Imran Arshad,M.Zafar,M.Asghar. Journal of Semiconductors. 2015(12)
[10]一种新型石英晶振微天平水果气体传感器研究[J]. 于婧怡,薛严冰,李亚. 传感技术学报. 2015(07)
博士论文
[1]铟基氮、氧化物和铜基氧化物薄膜的制备及性质研究[D]. 董成军.吉林大学 2013
[2]溶剂热法合成氧化铟、氧化铈纳米结构及其性能研究[D]. 杨红晓.山东大学 2013
[3]基于In2O3的半导体气体传感器的制备和应用[D]. 杨卫.武汉大学 2014
[4]四氧化三铁及其金银纳米复合物的光学特性研究[D]. 王本阳.哈尔滨工业大学 2015
[5]基于金属氧化物半导体的微纳传感器制备及其性能研究[D]. 卓明.湖南大学 2015
[6]氧化铟材料的形貌可控制备及其乙醇气敏性能研究[D]. 刘继江.哈尔滨工业大学 2015
[7]纳米In2O3气敏性能及其气敏机理研究[D]. 詹自力.郑州大学 2003
[8]聚合物/介孔分子筛新型复合材料的制备及材料结构与性能研究[D]. 闰明涛.北京化工大学 2005
[9]攻击性驾驶行为与交通事故的关系研究[D]. 李凤芝.四川大学 2004
[10]具有多级结构的过渡金属化合物微/纳米材料的制备及其性能研究[D]. 朱君.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]低维氧化钨纳米晶材料的制备与气敏性能研究[D]. 侯贤祥.郑州大学 2011
[2]金属镍掺杂二氧化锡基气体传感器的检测特性研究[D]. 刘刚.重庆大学 2013
[3]大气臭氧和二氧化氮的变化及其影响因素[D]. 周晨虹.南京信息工程大学 2013
[4]InAs纳米线阵列制备及其气敏特性研究[D]. 占婷婷.大连理工大学 2015
[5]氧化锌/锡纳米片/线气敏元件直接构筑及其性能研究[D]. 居佃兴.济南大学 2015
[6]部分室内植物受甲醛污染胁迫净化能力和响应机制的研究[D]. 闫红梅.山东建筑大学 2016
[7]基于静电纺丝技术的功能性纤维材料的制备及性质研究[D]. 刘运时.济南大学 2016
[8]基于激光调制NO2检测系统的研究[D]. 李金艳.深圳大学 2016
[9]真空加热观测实验平台设计开发[D]. 高常青.山东大学 2017
[10]基于MoS2/InN异质结纳米材料的制备及H2检测性能研究[D]. 刘敏.西南科技大学 2017
本文编号：3713292
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