不同维度的zno的水热合成与气敏性能-研究

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1、万方数据中文摘要摘要由于宽的禁带和大的激活能，氧化锌在气敏传感器中的应用前景十分广阔。近十多年来，研究者们制备出了不同尺寸和形貌的氧化锌纳米材料。在这些纳米结构中，由低维纳米氧化锌晶体组装的三维氧化锌纳米结构表现出了更好的气敏性能。因此，本论文采用了环保、经济和低能耗的水热法制备出了不同维度的氧化锌纳米结构，通过改变工艺参数控制了氧化锌纳米形貌的合成，探究了工艺参数对纳米氧化锌形貌的影响，揭示了不同维度的氧化锌纳米材料的生长机理。此外，本论文还测试了不同形貌纳米氧化锌的气敏性能，并分析了氧化锌纳米材料的气敏机理。本论文的主要内容包括以下几部分：利用简单水热法制备出了六种不同形貌的低维氧

2、化锌纳米结构，包括六方纳米棒、纳米片、纳米钻、封闭纳米管、纳米颗粒和纳米棒。通过工艺参数和表征结果分析，在柠檬酸根的负电性和反应时间的延长的作用下，决定了纳米钻的形成。氟化钠和HMT的加入引起了溶液的状态变化，从而生长基元的成分和结构发生改变，形成了具有封闭纳米管形貌的氧化锌样品。在乙醇敏感气体测试过程中，六方纳米棒、纳米片、纳米钻、封闭纳米管、纳米颗粒和纳米棒氧化锌气敏元件的灵敏度依次为：4.8(100ppm)、6.1(100ppm)、7.5(100ppm)、4.1(30ppm)、2.212(10ppm)和4.131(10ppm)。其中，纳米钻的气敏性能最为优异，对传感器中低维纳米材

3、料的制备有重要的理论和实践意义。此外，通过改变工艺参数，制备出低维度纳米棒组装成的放射状纳米花。在低浓度(10ppm)的乙醇气体下，纳米花的灵敏度达到7.397。与之前的低维纳米氧化锌结构相比，三维棒状纳米花的气敏性能最佳，表明三维氧化锌纳米结构具有更广阔的应用前景。采用双添加剂辅助的水热法制备出了三维饼状氧化锌和片花状纳米氧化锌。对于氧化锌饼状结构，由于HF的作用暴露出特定晶面和大量空隙，样品Ⅲ、样品Ⅱ和样品Ⅰ在50ppm浓度的乙醇气体下的灵敏度依次为10.9、9.1、8.5。对于片花状纳米氧化锌，H2O2分解的O2逃逸出反应溶液，水热生成了单晶介孔纳米薄片；在HMT的聚集组装作用下

4、，单晶纳米薄片叠加为多层纳米片，进一步组装成了大间隙的放射状纳米花；由于介孔、纳米薄片和间隙的存在，纳米花的比表面积高达36.866m2/g；此外，在250ppm浓度的乙醇气体和160mA加热电流的条件下，由纳米花制备的气敏元件的灵敏值高达35.2，故该种纳米花制备的传感器具有极佳的应用价值。首次制备出了新颖的由六个三角状纳米结构和一个球状纳米结构组成的向日葵状氧化锌纳米花结构，其中，三角状纳米结构和球状纳米结构的直径分别为I万方数据重庆大学硕士学位论文500nm和800nm，三角状纳米结构生长晶面是{001}晶面族，即沿着六个对称平---行平面生长的(±(0110)面、±(1010)

5、面和±(1100)面)。在水热反应条件下，由于C3-6H5O7的桥梁作用和ZnO正极性面+(0001)优先暴露，向日葵状纳米花由球状纳米结构和六个三角状纳米结构自动组装而成。此外，测试了向日葵状纳米花能在10-50ppm浓度的NH3下的响应恢复时间和灵敏度，该纳米氧化锌结构在50ppm浓度的NH3的响应恢复时间和的灵敏度依次为：8和5s、49.5。同样，在低浓度的NH3条件下，氧化锌纳米花能快速检测出目标气体，其中，响应恢复时间和灵敏度依次为：11和5s、25.7。因此，向日葵状氧化锌纳米花的NH3敏感性能高、响应恢复快、循环稳定性好和应用价值大。关键词：氧化锌，水热法，三维结构，气敏

6、性能II万方数据英文摘要ABSTRACTAsakindofgassensor,ZnOhasabrilliantprospectduetodirectband-gapandlargeexcitonbindingenergy.Inrecentdecades,3DZnOnanostructureshaveexhibitedbettergassensingpropertythan1/2DZnOnanostructures.So,bychangingtheexperimentalparameters,ZnOnanostructureswithdifferentdimensionshavebeen

7、successfullyfabricatedandcontrolledviaanenvironment-friendly,lowcostandpower-consumptionhydrothermalmethod.TheeffectsofexperimentalparametersonthesynthesisoftheZnOmorphologieshavebeeninvestigated,andthegrowthmechanismsoftheZ