本文主要研究内容
作者高洪雨（2019）在《氧化镍纳米结构气体传感器的性能调控》一文中研究指出：在多种多样的新型气体检测技术中,气体传感器因其具有的体积小、重量轻、功耗低、易集成、灵敏度高、选择性好、可靠性高、实时快速检测、利于构建传感网络等优点,成为替代贵重分析仪器进行气体检测的最优方案之一。氧化物半导体气体传感器是化学传感器领域最重要的分支,在环境检测和安全监测等方面不可或缺,一直是国际研究的前沿与热点。一般来说,P型氧化物半导体在挥发性有机化合物(VOCs)气体的氧化方面具有优异的催化氧化活性,然而由于自身传导机制的限制,基于P型金属氧化物半导体(MOS)气体传感器的灵敏度较低、选择性较差,难以实现对痕量气体的选择性检测。针对上述问题,对P型氧化物半导体进行功能改性势在必行。目前,功能改性方法主要有贵金属担载、异价金属离子掺杂以及微纳异质接触三种。鉴于催化剂担载改性可用的贵金属种类有限(Au、Ag、Pd、Pt等)且会导致传感器成本的显著增加,故本论文主要从掺杂及微纳异质接触改性两方面入手,对具有代表性的P型氧化镍(Ni O)纳米结构进行功能改性,以实现对其传感器的性能调控。研究内容如下:结合Ni O敏感材料自身催化活性及其分等级结构的优势,制备出了由二维纳米片组装的Ni O花状微球结构,并在此基础上采用金属阳离子异价替位掺杂和同价间隙位掺杂的改性方法进一步提升其传感性能,最终获得了不同原子比率Sn4+及Sn2+掺杂的Ni O分等级花状微球。对两种掺杂改性的Ni O纳米结构进行了形貌、微纳结构以及成分的表征,制作了传感器件并测试了其气敏性能。结果表明,对于异价掺杂,基于3.0 at%Sn4+掺杂Ni O花球的传感器对二甲苯气体表现出最佳的气敏性能,灵敏度为20.2-100 ppm,与未掺杂Ni O花球传感器的灵敏度相比提升了12倍,且具有较低的检测下限(300 ppb);对于同价掺杂,基于1.5 at%Sn2+掺杂Ni O花球的传感器对二甲苯的灵敏度也大幅提高,检测下限为500 ppb,且在高湿度条件下表现出较好的选择性和稳定性。增感机理研究表明,掺杂所调控的Ni O表面化学吸附氧与缺陷氧含量以及空穴浓度的变化是促使两种传感器性能增强的主要原因。依据纳米级P-N及P-P异质结对载流子浓度与输运的调控作用,采用一步水热法制备了微纳尺度紧密异质接触的Sn O2-Ni O、Ni O/Ni Cr2O4及WO3-Ni O复合纳米结构,并对合成的异质复合材料进行了表征分析与气敏特性测试。其中,基于Sn O2-Ni O纳米颗粒的气体传感器对甲苯表现出优异的气敏性能,具有极低的检测下限和较好的抗湿特性;而基于Ni O/Ni Cr2O4(Cr/Ni=25 at%)纳米颗粒的气体传感器则对二甲苯气体表现出较高的灵敏度(66.2-100 ppm)、较低的检测下限(1.2-50ppb)以及较好的选择性(Sxylene/Sethanol=11.8,Sxylene/Sacetone=10.2);此外,基于10 at%WO3-Ni O中空多孔纳米花球的气体传感器对二甲苯气体具有超灵敏(354.7-50 ppm)且快速(<1 min)的响应,显示出很低的检测下限(1.5-50 ppb)和较好的选择性(Sxylene/Sethanol=10.3,Sxylene/Sacetone=8.1)。与单一氧化物相比,上述复合异质敏感材料的气敏特性大幅提升,其提升的原因在于结构参数的优化、协同催化作用的促进以及由纳米级异质结调控所引起的载流子浓度的减少与导电通道的变窄。
Abstract
zai duo chong duo yang de xin xing qi ti jian ce ji shu zhong ,qi ti chuan gan qi yin ji ju you de ti ji xiao 、chong liang qing 、gong hao di 、yi ji cheng 、ling min du gao 、shua ze xing hao 、ke kao xing gao 、shi shi kuai su jian ce 、li yu gou jian chuan gan wang lao deng you dian ,cheng wei ti dai gui chong fen xi yi qi jin hang qi ti jian ce de zui you fang an zhi yi 。yang hua wu ban dao ti qi ti chuan gan qi shi hua xue chuan gan qi ling yu zui chong yao de fen zhi ,zai huan jing jian ce he an quan jian ce deng fang mian bu ke huo que ,yi zhi shi guo ji yan jiu de qian yan yu re dian 。yi ban lai shui ,Pxing yang hua wu ban dao ti zai hui fa xing you ji hua ge wu (VOCs)qi ti de yang hua fang mian ju you you yi de cui hua yang hua huo xing ,ran er you yu zi shen chuan dao ji zhi de xian zhi ,ji yu Pxing jin shu yang hua wu ban dao ti (MOS)qi ti chuan gan qi de ling min du jiao di 、shua ze xing jiao cha ,nan yi shi xian dui hen liang qi ti de shua ze xing jian ce 。zhen dui shang shu wen ti ,dui Pxing yang hua wu ban dao ti jin hang gong neng gai xing shi zai bi hang 。mu qian ,gong neng gai xing fang fa zhu yao you gui jin shu dan zai 、yi jia jin shu li zi can za yi ji wei na yi zhi jie chu san chong 。jian yu cui hua ji dan zai gai xing ke yong de gui jin shu chong lei you xian (Au、Ag、Pd、Ptdeng )ju hui dao zhi chuan gan qi cheng ben de xian zhe zeng jia ,gu ben lun wen zhu yao cong can za ji wei na yi zhi jie chu gai xing liang fang mian ru shou ,dui ju you dai biao xing de Pxing yang hua nie (Ni O)na mi jie gou jin hang gong neng gai xing ,yi shi xian dui ji chuan gan qi de xing neng diao kong 。yan jiu nei rong ru xia :jie ge Ni Omin gan cai liao zi shen cui hua huo xing ji ji fen deng ji jie gou de you shi ,zhi bei chu le you er wei na mi pian zu zhuang de Ni Ohua zhuang wei qiu jie gou ,bing zai ci ji chu shang cai yong jin shu yang li zi yi jia ti wei can za he tong jia jian xi wei can za de gai xing fang fa jin yi bu di sheng ji chuan gan xing neng ,zui zhong huo de le bu tong yuan zi bi lv Sn4+ji Sn2+can za de Ni Ofen deng ji hua zhuang wei qiu 。dui liang chong can za gai xing de Ni Ona mi jie gou jin hang le xing mao 、wei na jie gou yi ji cheng fen de biao zheng ,zhi zuo le chuan gan qi jian bing ce shi le ji qi min xing neng 。jie guo biao ming ,dui yu yi jia can za ,ji yu 3.0 at%Sn4+can za Ni Ohua qiu de chuan gan qi dui er jia ben qi ti biao xian chu zui jia de qi min xing neng ,ling min du wei 20.2-100 ppm,yu wei can za Ni Ohua qiu chuan gan qi de ling min du xiang bi di sheng le 12bei ,ju ju you jiao di de jian ce xia xian (300 ppb);dui yu tong jia can za ,ji yu 1.5 at%Sn2+can za Ni Ohua qiu de chuan gan qi dui er jia ben de ling min du ye da fu di gao ,jian ce xia xian wei 500 ppb,ju zai gao shi du tiao jian xia biao xian chu jiao hao de shua ze xing he wen ding xing 。zeng gan ji li yan jiu biao ming ,can za suo diao kong de Ni Obiao mian hua xue xi fu yang yu que xian yang han liang yi ji kong xue nong du de bian hua shi cu shi liang chong chuan gan qi xing neng zeng jiang de zhu yao yuan yin 。yi ju na mi ji P-Nji P-Pyi zhi jie dui zai liu zi nong du yu shu yun de diao kong zuo yong ,cai yong yi bu shui re fa zhi bei le wei na che du jin mi yi zhi jie chu de Sn O2-Ni O、Ni O/Ni Cr2O4ji WO3-Ni Ofu ge na mi jie gou ,bing dui ge cheng de yi zhi fu ge cai liao jin hang le biao zheng fen xi yu qi min te xing ce shi 。ji zhong ,ji yu Sn O2-Ni Ona mi ke li de qi ti chuan gan qi dui jia ben biao xian chu you yi de qi min xing neng ,ju you ji di de jian ce xia xian he jiao hao de kang shi te xing ;er ji yu Ni O/Ni Cr2O4(Cr/Ni=25 at%)na mi ke li de qi ti chuan gan qi ze dui er jia ben qi ti biao xian chu jiao gao de ling min du (66.2-100 ppm)、jiao di de jian ce xia xian (1.2-50ppb)yi ji jiao hao de shua ze xing (Sxylene/Sethanol=11.8,Sxylene/Sacetone=10.2);ci wai ,ji yu 10 at%WO3-Ni Ozhong kong duo kong na mi hua qiu de qi ti chuan gan qi dui er jia ben qi ti ju you chao ling min (354.7-50 ppm)ju kuai su (<1 min)de xiang ying ,xian shi chu hen di de jian ce xia xian (1.5-50 ppb)he jiao hao de shua ze xing (Sxylene/Sethanol=10.3,Sxylene/Sacetone=8.1)。yu chan yi yang hua wu xiang bi ,shang shu fu ge yi zhi min gan cai liao de qi min te xing da fu di sheng ,ji di sheng de yuan yin zai yu jie gou can shu de you hua 、xie tong cui hua zuo yong de cu jin yi ji you na mi ji yi zhi jie diao kong suo yin qi de zai liu zi nong du de jian shao yu dao dian tong dao de bian zhai 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自吉林大学的高洪雨，发表于刊物吉林大学2019-06-25论文，是一篇关于气体传感器论文,掺杂论文,吉林大学2019-06-25论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自吉林大学2019-06-25论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
标签：气体传感器论文; 掺杂论文; 吉林大学2019-06-25论文;