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一维纳米材料在基础科学研究和潜在的技术应用方面都非常的重要,一维纳米材料可以用来建立纳米级的电子线路和光子存储器。因此一维纳米材料,包括纳米线(棒)、纳米管、纳米带等,是当前纳米材料科学领域的前沿和热点。一维纳米材料科学研究的基础就是探索和发展有效的合成方法。目前高质量的一维纳米材料多用物理方法制得,化学方法很难制得纯度高、直径在纳米级的一维材料。目前一维纳米材料的应用多集中在纳米炭管,氧化物半导体在光催化、电化学、光致发光等领域已有报道,但是一维材料在气敏性能方面的研究却较少。本文通过合成一维纳米氧化锌,将其制得旁热式涂布型气敏元件,控制烧结工艺,将其制备成具有多空架构微结构的氧化锌气敏材料,对其气敏性能进行研究。
1)采用水热合成技术,阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为形貌控制剂,通过控制反应条件,制得了高纯的,长度超过10μm的纳米线。研究表明表面活性剂、[Zn2+]:[OH]、pH对一维氧化锌的形貌起到重要作用。2)采用六次甲基四胺、乙二胺、草酸、乳酸辅助的水热合成法,制得了一维结构氧化锌。
3)研究了一维氧化锌800℃和500℃的烧结行为,研究结果表明,800℃烧结一维材料熔融,并转化为颗粒;500℃烧结一维材料的微观结构基本保持不变。3对一维氧化锌的烧结行为进行了研究。500℃烧结的一维氧化锌的灵敏度要高于800℃烧结的一维氧化锌。
4)对一维结构氧化锌的气敏性能进行研究。结果表明,一维氧化锌相对于零维氧化锌的最佳工作温度要低(170℃),在最佳工作温度下一维氧化锌的灵敏度要比零维氧化锌高。
5)用SEM对元件表面材料进行观测,结果表明500℃烧结的元件表面,一维氧化锌基本保持了一维结构,一维材料杂乱堆积,形成架空结构,形成了大量的气体通道,讨论认为这样的结构有利于气体的吸附和灵敏度的提高。
6)研究了掺杂Sn(1wt%)、Nd(1wt%)、Pd(0.5wt%)对一维结构氯化锌气敏性能的影响。结果表明掺杂Sn(1wt%)显著提高了一维氧化锌的气敏性能,掺杂Pd(0.5wt%)的一维氧化锌灵敏度略有提高;掺杂Nd(1wt%)的一维氧化锌灵敏度反而降低。
通过上述研究,一维氧化锌是具有良好应用和研究前景的,希望通过对一维氧化锌材料气敏性能的研究,以打破目前以零维材料为主导的气敏材料的研究格局,并为多维气敏材料的研究做一些探索。