ZnO纳米材料的合成、表征与气敏性质

论文摘要

ZnO由于氧的空位,使它具有半导体的性质,它的禁带宽度约为3.2eV,属于一种宽禁带的氧化物半导体。它在很多方面都有所应用,如气体传感器、微电子器件、光催化、废水处理等。ZnO气体传感器可以检测各种易燃易爆、有毒有害气体,将外界非电信号转换为电信号,它是传感技术的关键,因此ZnO在气体传感器方面的应用备受人们的瞩目。在本论文中,研究了各种ZnO纳米结构的气敏性质,包括各种表面形貌的ZnO,ZnO复合材料和掺杂的ZnO,主要内容如下:1)通过热分解前驱物,如层状的碱式醋酸锌和片状甘油锌,合成了各种具有分级结构的ZnO片,而且通过简单地控制分解温度,可以得到一系列尺寸大小不一样的颗粒组成的ZnO片。气敏实验结果表明制备的ZnO纳米结构对乙醇气体具有较高的灵敏度。2)各向异性是晶体的一个基本性质之一,具有不同结构的表面可能具有不同的物理和化学性质。为了研究表面结构和气敏性质的关系,我们首先合成了不同形貌的ZnO微纳米晶,比如六棱锥、片、棒,它们具有不同的裸露面。另外,系统地研究了它们对乙醇的气敏性,气敏实验结果表明不同表面具有迥异的气敏性质,ZnO不同晶面对气敏的贡献的大小顺序为（0001）＞{10-10}＞{10-11}和（000-1）。3)合成了Co和Mn掺杂的ZnO,ZnO/ZnMn2O4复合材料和Au和Pd负载的ZnO,然后测试它们的气敏性质。实验结果表明Co掺杂的ZnO提高了对乙醇和甲苯的灵敏度;ZnO/ZnMn2O4复合材料对甲醇具有较高的灵敏度和选择性:Au负载的ZnO极大地提高了对乙醇和甲苯的灵敏性,而Pd负载的ZnO对乙醇的灵敏度降低了,但却提高了对甲醇和甲苯的灵敏度和选择性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 气体传感器概述
• 1.1.1 气体传感器的分类及应用
• 1.1.2 气体传感器的结构
• 1.1.3 氧化物气体传感器的气敏原理、测试和主要性能参数
• 1.1.3.1 金属氧化物半导体的气敏原理
• 1.1.3.2 传感器的主要性能参数
• 1.1.4 气体传感器的影响因素
• 1.1.4.1 形貌、尺寸、结晶性、晶面等的影响
• 1.1.4.2 材料晶格掺杂的影响
• 1.1.4.3 材料负载或复合的影响
• 1.1.5 气体传感器的测量方法
• 1.2 气敏纳米材料的制备方法
• 1.3 ZnO气体传感器的研究现状和发展趋势
• 1.3.1 研究现状
• 1.3.2 发展趋势
• 1.4 本论文的构思
• 第二章 ZnO的合成、表征与气敏性质
• 2.1 引言
• 2.2 合成实验
• 2.2.1 主要的试剂和表征仪器
• 2.2.2 ZnO合成——前驱物转化法
• 5（OH）₈（OCOCH₃）₂·2H₂O）合成及其转化为ZnO'>2.2.2.1 片状碱式醋酸锌（Zn₅（OH）₈（OCOCH₃）₂·2H₂O）合成及其转化为ZnO
• 2.2.2.2 片状甘油锌合成及其转化为ZnO
• 2.2.2.3 棒状碳酸锌氨合成及其转化为ZnO
• 2.3 气敏测试
• 2.3.1 测试仪器及其器件制备与测试
• （一） 测试仪器
• （二） 器件的制作与测试
• 2.3.2 片状ZnO对乙醇的气敏——碱式醋酸锌分解
• 2.3.3 片状ZnO对乙醇的气敏——甘油锌分解
• 2.3.4 ZnO纳米颗粒的气敏测试——碳酸锌氨分解
• 2.4 本章小结
• 第三章 不同形貌ZnO的合成、表征与气敏性质
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.2 合成部分
• 3.2.2.1 ZnO纳米片的合成
• 3.2.2.2 ZnO六棱锥的合成
• 3.2.2.3 ZnO纳米线的合成
• 3.2.2.4 ZnO六方柱的合成
• 3.2.2.5 SEM和XRD表征
• 3.3 不同形貌ZnO的气敏测试
• 3.4 本章小结
• 第四章 ZnO掺杂和复合材料的合成、表征与气敏性质
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂
• 4.2.2 主要表征仪器
• 4.2.3 Co、Mn掺杂ZnO的合成
• 2O₄复合材料的合成'>4.2.4 ZnO/ZnMn₂O₄复合材料的合成
• 4.2.5 Au、Pd负载ZnO的合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Co、Mn掺杂ZnO的表征
• 2O₄复合材料的表征'>4.3.2 ZnO/ZnMn₂O₄复合材料的表征
• 4.3.3 Au、Pd负载ZnO的表征
• 4.4 气敏测试
• 4.4.1 Co、Mn掺杂ZnO的气敏测试
• 2O₄的气敏测试'>4.4.2 ZnO/ZnMn₂O₄的气敏测试
• 4.4.3 Au、Pd负载ZnO的气敏测试
• 4.4.3.1 Au负载ZnO的气敏测试
• 4.4.3.2 Pd负载ZnO的气敏测试
• 4.5 本章小结
• 参考文献