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半导体氧化物气体传感器具有灵敏度高、响应快、体积小、能耗与成本低、操作简单等特点,应用研究较为广泛。具有特殊形貌且暴露特定晶面的氧化物,有助于提高气敏性能。本课题选择p型半导体Co3O4材料为研究对象,采用水热法、溶剂热法和静电纺丝法制备了具有不同形貌的Co3O4气敏材料,并采用离子掺杂和异质结修饰等方法进行改性,探讨了其对Co3O4微观形貌、晶体结构和气敏性能的影响。以硝酸钴或乙酸钴为原料,加入一定量的表面活性剂,采用水热法或溶剂热法的方法,经高温热处理后制备出了片状和棒状Co3O4纳米粉体。以硝酸钴为原料,乙醇和DMF为溶剂,PVP为粘结剂,用静电纺丝工艺经并高温热处理后制备出Co3O4纳米纤维。更多的暴露了(111)晶面的Co3O4纳米片气体传感器的灵敏度高于其他两种形貌。其原因为(111)面上暴露的Co2+离子有更多的未饱和悬挂键,原子间距也更大。当丙酮浓度为100 ppm时,纳米片气体传感器的灵敏度达到2.54。讨论了施主离子掺杂Co3O4纳米材料对晶格结构和气敏性能的影响进行了。掺杂的Ti4+离子和W6+离子进入晶体,置换了Co2+离子,由于离子半径的差异晶格发生畸变,但是都没有生成新的第二相。当丙酮浓度为1000 ppm时,W6+掺杂量为1mol%的样品的灵敏度为5.06。该配方的样品由于掺杂浓度适中,且离子价态最高,对晶体表层空穴聚积层的阻值的增大作用最明显,且使(111)面的表面的悬挂键更多,对材料气敏性能的提升最为显著。本实验采用ZnO表面修饰改性Co3O4纳米片。在热处理过程中ZnO与Co3O4形成了完全的固溶体ZnCo2O4相,当ZnCo2O4与Co3O4形成p-p异质结时,异质结处形成内建势场,能带发生改变,增强了Co3O4对气体的敏感性。研究了离子掺杂与异质结修饰共同改性Co3O4纳米片的气敏性能。因为低价Zn2+离子进入晶格后中和了高价W6+离子的作用,晶体表层空穴聚积层电阻有所降低,且形成的两种异质结互相影响,导致样品气敏性能的下降。以上工作为p型氧化物半导体的气敏材料的研究提供有益的实验基础与理论参考。