四针状纳米zno的烧结行为及其对气敏、光学性能影响的研究

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1、摘要本文采用蒸发—冷凝法成功制备了四针状纳米ZnO，研究了四针状纳米ZnO烧结行为、气敏性能和光学性能。结果表明：氧分压控制纳米ZnO形貌不同，其中在氧分压为2500Pa时产物为四针状纳米ZnO。低压（650Pa）制备出纳米ZnO的针较长（>1µm）；当氧分压从2500Pa变化到8500Pa时，纳米ZnO从四针状转变为颗粒状。氧分压2500Pa时，四针状纳米ZnO的针尖半径大多在8nm左右，针长为100～200nm。o在低温下烧结（<550C），四针状纳米ZnO的形态改变不大；随着烧结温度的升高，由于汤姆逊效应，针尖升华，导致针体部分逐渐消失，颗粒状、块状ZnOo

2、逐渐增多。烧结温度>750C，从针尖升华的ZnO被输运到四针交接处，形核长大，形成四面体状ZnO颗粒，同时产生较多空隙。由于制备出四针状纳米ZnO存在间隙Zn原子随着烧结温度的提高，间隙Zn原子浓度随之下降，自由电子浓度也随之下降，导致纳米ZnO的空气电阻逐渐升高。四针状纳米ZnO厚膜对乙醇、苯的测试表明，在550℃烧结四针状纳米ZnO对酒精、苯的气敏性能最好，表明最佳烧结温度为550℃。随着烧结温度的提高，间隙Zn原子浓度下降，而氧空位浓度上升，致使四针状纳米ZnO的蓝光发射峰（~420nm）减弱，直至消失；而绿光发射峰（~520nm）出现。本文第一部分介绍了四

3、针状纳米ZnO的研究概况及烧结行为对其性能的影响，阐述了本课题的研究目的及意义；第二部分研究了四针状纳米ZnO的制备，分析了其形成机理；第三部分深入探讨了四针状纳米ZnO的烧结行为；第四、五部分分别探讨了烧结对四针状纳米ZnO气敏性能、光学性能的影响。关键词：四针状ZnO；纳米；烧结；气敏性能；光学性能IAbstractTetrapodZnO(T-ZnO)nanopowdershavebeenproducedbyathermophysicalmethod.Thesinteringbehaviors,gas-sensingbehaviorsandopticalpro

4、pertieshavebeenstudied.Theresultsshowedthattheoxygenpressureinfluencedthemorphologyofnano-ZnO.Thenano-ZnOhasalongerneedlelengthatlowoxygenpressureof650Pa.Thenano-ZnOchangesfromtetrapodtoparticle,whentheoxygenpressurechangesfrom2500Pato8500Pa.MostoftheT-ZnOtipradiuswereabout8nmand100-2

5、00nmofneedlelengthatoxygenpressureof2500Pa.ThemorphologyofT-ZnOhasaverysmallchangeatalowsinteredtemperature.TheneedleofT-ZnOsublimatedvanishedwiththeincreaseofsinteringtemperaturebecauseofJoule-Thomsoneffect,andZnOparticlesandmassiveZnOappeared.Sinteringabove750℃,theZnOtetrahedrongene

6、ratedwhentheZnOgas,sublimatedatT-ZnOtip,wastransporttothejointoftheneedlesofT-ZnO.TheconcentrationofinterstitialzincofT-ZnOdecreasedwiththeincreaseofsinteringtemperature.Thereducedfreeelectronscausedtheincreasedairresistanceofnano-ZnO.Theresultsofgas-sensingpropertiesofT-ZnOnanopowder

7、sshowedthattheoptimalsinteringtemperaturesofT-ZnOgassensorswere550℃，bothtoethanolandbenzene.ThebluebandemissionofT-ZnOintensitydecreasedwhenenhancethesinteringtemperaturebecauseofthedecreaseddensityofinterstitialzinc.Atthesametime,thegreenbandappearedbecauseoftheemergenceofoxygenvacan

8、cies.