纳米氧化锌材料的气敏特性
各种有毒有害气体、易燃易爆气体在环境安全、工业生产、人类居住环境中的影响越来越严重，开发能够准确快速探测各种目标气体的高质量传感器是科学研究的重要任务之一。传统的气体传感器一般在较高的工作温度(大于100℃)下才有较好的气体灵敏度，但是这不利于易燃易爆气体的监测，也会降低气体传感器的稳定性和使用寿命。利用光激活代替热激活是开发常温下检测易燃易爆气体传感器的可行途径之一。
本论文选择氧化锌为气敏材料，无水乙醇气体为目标气体，从材料的制备、表征到气敏特性测试，详细分析讨论光激活对纳米氧化锌材料的气敏特性的影响。
首先利用水热法在不同温度下制备了氧化锌(ZnO)材料和掺杂了不同质量分数银的氧化锌(Ag-ZnO)材料，通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和荧光分光光度计对其进行了表征。在120℃条件下生长得到的ZnO成棒状结构，并有少量细小的颗粒，经X射线衍射分析为纤锌矿结构。光致发光谱显示ZnO和Ag-ZnO均有两个主要的发光峰：375-410 nm的近边带发光峰和420-550 nm附近的与缺陷有关的发光峰。
其次在黑暗环境和光激活环境下考察了纳米氧化锌以及掺杂银的纳米氧化锌常温下对乙醇气体的气敏特性。实验结果表明：激发ZnO纳米棒的LED波长越短，气体吸附前后的ZnO纳米棒电阻变化越明显，当激发光波长大于456nm后气敏特性非常弱。ZnO纳米棒的光激活气敏特性与光强有关，光强越强气敏特性也越明显。光激活ZnO纳米棒对乙醇气体的气敏特性主要是由于表面反应，其气敏特性主要与ZnO的带内激发有关。一个可能的机理是：乙醇气体吸附在ZnO纳米棒表面捕获电子，与O2发生表面反应之后又释放电子。
总之，在UV-LED光激活下的ZnO材料对乙醇气体显示了很好的气敏特性，光致载流子在这个过程中发挥了重要作用。本论文的研究为后续开发光激活气敏传感器提供了基础和支持。
纳米氧化锌材料;气敏特性;气体传感器;水热法
中国海洋大学
硕士
光学工程
元光
2012
中文
TB383;TQ132.41
52
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）