zno纳米颗粒气敏性能的研究

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1、浙江丈学博士学健论文摘要ZnO是一种重要的新型半导体材料，由于其独特的电学、光学特性，近年来引起了极大关注。而纳米ZnO材料具有比表面积大、易于表面修饰等优点，在光电子器件、传感器等领域有广泛的应用前景。对于纳米ZnO气体传感器而言，它属于表面控制型传感器件，除了掺杂作用外，其比袭面积对性能也具有极其重要的作用，是纳米ZnO气敏器件研究的重点。本文主娶利用溶胶一凝胶法制备了不同掺杂以及不同表面修饰的ZnO纳米颗粒，系统研究了ZnO纳米颗粒的相结构，表面形貌和气敏性能，探索了气敏机理。得到了以下几点创新结果：首次研究了聚十六烷基吡咯烷

2、酮(polyvinylpyrrolidone，PVP)的表面修饰对ZnO纳米颗粒气敏性能的影响，指出PVP的表面修饰可提高ZnO纳米颗粒的分散性。利用溶胶一凝胶法制备了PVP修饰的ZnO纳米颗粒，研究了不同配比下的PVP修饰的ZnO纳米颗粒的表面形貌和气敏性能，发现Zn”与PVP的摩尔比为始时，传感器对三甲胺(trimethylamine，TMA)具有非常高的灵敏度和选择性，并且重复性较好。研究迸～步探讨了PVP修饰的ZnO纳米颗粒气敏性能提高的原因。系统研究了掺入不同Mo含量的ZnO纳米颗粒静形貌、结晶经能和气敏性能。采用溶胶一凝

3、胶法制备了掺入Mo的ZnO纳米颗粒，结果表明，ZnO纳米颗粒的结晶性能秘形貌都受到掺入量的影赡，当Mo元素的含量为10％时，传感器在室温下对NH3气体的灵敏度和选择性较好，且重复性较好，并提出了掺入Mo的ZnO纳米颗粒NH3敏性能变化盼机理。论文研究了掺入Fe203和Mn304纳米颗粒的ZnO纳米颖粒气敬特性。通过溶胶一凝胶法分别制备了掺入不同含量的Fe203和Mn304纳米颞粒的ZnO纳米颗粒。研究指出，两种物质掺入的ZnO纳米颗粒的结晶性能都受到掺入量的影响。但是，掺入量对形貌的影响却有所不同，Fe203掺杂的ZnO纳米颗粒的表

4、面形貌与掺入量也有很大的关系，而Mn304的掺入对ZnO纳米颗粒的形貌几乎没有影响。传感器气敏性能的研究表明：Fe和Mn元素的含量分别为2％与3．5％时，传感器在室温下对NH3气体的灵敏度和选择性非常高，且重复性较好。另外还探讨了掺入Fe203与Mn304纳米颗粒后的ZnO纳米颗粒的NH3敏性能提高的原因。最后，论文还研究了掺入CdS纳米颗粒的ZnO的纳米颗粒的气敏性能，发现CdS纳米颗粒的掺入提高了ZnO纳米颗粒的NH3敏性能。实验结果表明：CdS纳米颗粒掺入后对ZnO的形貌影响不大。传感器气敏性能的研究发现：当CdS纳米颗粒的含

5、量为3％时，传感器在室温下对NH3气体的灵敏度和选择性较好，且重复性较好。论文还解释了NH3敏性能提高的原因。关键词：氧化锌、纳米材料、表面修饰、掺杂、气敏传感器塑鋈杰兰竖主笙苎垒!!!：!璺AbstractItiswellknownthatthespecificsurfaceareaofmaterialisinverseproportiontothesizeofmaterial．Whenthesizeofmaterialisatthelevelofnanometer,theamountsofatomsonthesurfaceofm

6、aterialincreaserapidly．Duetothelargernumberofthesurfaceatoms，deficiencyofatomcoordinationandhighersurfaceenergy,thesesurfaceatomsareeasytointeractwithotheratomsandkeepasteadystate．Thechemicalactivitiesofthemarefairlyhi曲．ThesensingmechanismofZincoxidegassensorsisbasedon

7、thesurfacereactionofZnO．Therefore，highsurface-volumeratioiscriticaltoitssensingproperties．Itcanbeconcludedthatthegassensingpropertiesofnano-sizedZnOwillbeimprovedbydoping．Inthedissertation，theZnOnanoparticlesdopedwithMo，Fe203，Mn304andCdSnanoparticleshavebeenpreparedbya

8、sol·gelmethod．PVP—modifiedZnOnanoparticleswithdifferentmolarratiosofZn‘+：PVPwerealsopreparedbysol—gelmethod．Thestruct