【摘 要】
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Zn O作为传统的气敏材料已得到了广泛的研究,但其仍然具有选择性和稳定性较差等缺点。为了进一步提高Zn O作为气敏材料的性能,本文从两个方面对Zn O进行了改性,通过水热法合成出了不同Au负载量的Au/Zn O纳米材料和不同复合比例的Sn O2/Zn O纳米材料。利用XRD、SEM、TEM和BET等表征手段对材料的形貌和结构进行了分析。将合成的材料制作成气敏元件,首先进行热激发下的气敏测试,然后进
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Zn O作为传统的气敏材料已得到了广泛的研究,但其仍然具有选择性和稳定性较差等缺点。为了进一步提高Zn O作为气敏材料的性能,本文从两个方面对Zn O进行了改性,通过水热法合成出了不同Au负载量的Au/Zn O纳米材料和不同复合比例的Sn O2/Zn O纳米材料。利用XRD、SEM、TEM和BET等表征手段对材料的形貌和结构进行了分析。将合成的材料制作成气敏元件,首先进行热激发下的气敏测试,然后进行紫外光辅助下的气敏测试,对比研究了热激发与光激发的气敏性能差异,最后总结了各自的优缺点。本文首先通过调节Au纳米颗粒的含量从而制备了不同Au负载量的Au/Zn O纳米材料,表征结果显示合成的Zn O均为多孔纳米片,厚度和孔径分别为20 nm和30nm左右,Zn O纳米片上负载有10 nm左右的Au颗粒。热激发下对八种VOC气体的气敏性能测试结果表明负载有Au的气敏元件的性能都有大幅提升,并且Au负载量为5.0 wt%的元件的综合性能最佳,但是各气敏元件的最佳工作温度都较高,在300℃以上。在365 nm紫外光辅助,对纯Zn O和5.0 wt%Au/Zn O为敏感材料的元件的低温乙醇气敏性能进行了测试,结果表明两种元件在480 m W/cm~2光强,60℃下对100ppm乙醇的灵敏度分别为2.65和3.47。证实了紫外光辅助可以实现元件在低温下对乙醇的检测,但对于实现室温下检测仍有难度。不同复合比例的Sn O2/Zn O纳米材料中的Zn O依旧为多孔纳米片,纳米片的厚度和孔径分别为30 nm和15 nm左右。Sn O2为颗粒状,晶粒尺寸在4.5 nm左右,负载在Zn O的表面,最终形成一种纳米复合材料。将合成所得的不同复合比例的Sn O2/Zn O材料制作成气敏元件,最后进行气敏性能的测试。结果表明Sn O2/Zn O纳米复合材料的最佳工作温度相对于纯Zn O材料有了大幅降低,对醇类气体和甲醛的最佳工作温度为160℃左右,其中复合比例为1:4的元件拥有最佳性能。进一步研究发现365 nm,紫外光强480 m W/cm~2,60℃条件下,以Sn O2/Zn O（1:4）为敏感材料的元件,对乙醇、甲醛和丙酮的灵敏度分别为28.5、53.2和1.9,结果表明Sn O2/Zn O（1:4）纳米复合材料在紫外光照下不仅对乙醇气体的响应好,而且对甲醛气体拥有更优异的气敏性能。最后研究了紫外光辅助下元件在室温条件下对甲醛的气敏性能,480m W/cm~2光强下对100 ppm甲醛的灵敏度为35.7,可实现Sn O2/Zn O（1:4）元件对甲醛气体的室温检测。Au/Zn O纳米材料在热激发下的气敏性能表现优异,但在低温,光激发下的气敏性能不太理想。而Sn O2与Zn O的复合有效降低了Zn O材料的最佳工作温度,使得Sn O2/Zn O材料在光激发下的气敏性能远好于Au/Zn O材料,能够实现低温及室温下的检测。
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