氧化锌组装气敏元件的工艺和性能研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laverke
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在一定的温度区间,氧化锌(ZnO)的表面电势对周围环境气氛的氧化性/还原性十分敏感,是人们正在开发和应用的一种重要气敏材料。目前的主要研究热点是研发适合工业生产应用,性能高,成本低,工艺简单的氧化锌气敏材料和元器件制备工艺,降低氧化锌的气敏工作温度。本论文的研究是对三种不同形貌ZnO(纳米氧化锌、四针状氧化锌和商用-四针状氧化锌)制备气敏元件,依据气敏性能测试结果,选择气敏性能高、工作温度低的氧化锌材料,分别掺杂氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNTs),制备GO-ZnO和CNTs-ZnO复合材料,进一步研究碳纳米材料掺杂对氧化锌气敏性能的影响。具体工作如下:(1)采用水热法制备纳米氧化锌,然后在不同温度下进行退火处理来优化纳米ZnO气敏材料,得到最佳退火温度(380℃)下的纳米ZnO气敏材料,采用热氧化法制备四针状氧化锌(T-ZnO)和购买商用-四针状氧化锌,以三种不同形貌氧化锌制作气敏元件,对乙醇气体进行气敏性能测试。结果发现:纳米氧化锌作为气敏材料制作的传感器在相同条件(工作温度为380℃、乙醇气体浓度为100 ppm)下灵敏度最高,达到40.657。(2)用CNTs对纳米氧化锌进行不同质量比(1%、3%、5%)掺杂,制备气敏元件进行气敏性能测试,讨论CNTs掺杂对纳米ZnO气敏性能的影响。结果表明:CNTs掺杂后,ZnO传感器敏感性最高时的工作温度,从380℃降低为360℃,其中CNTs掺杂量为3%时,传感器的灵敏度达到了最大值,为98.329。(3)采用改进的Hummers法制备GO,以GO对纳米氧化锌进行不同质量比(1%、3%、5%)掺杂,制备气敏元件测试气敏性能,研究GO掺杂对纳米ZnO的乙醇气敏性能影响,探讨了GO掺杂对乙醇气体气敏机理。结果表明:GO掺杂导致了纳米ZnO中p-n异质结的形成,增大了纳米ZnO的比表面积,从而增强了复合材料对乙醇气体的吸附能力,显著提高了其对乙醇的气敏性能。在GO掺杂量为3%时,在最佳工作温度360℃时,传感器的灵敏度达到了最大值,为153.504。
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