氧化物多孔纳米固体气敏传感器的研究

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1、山东大学博二L学位论文摘要本文中，我们利用溶剂热压方法制备了ZnO、Ti02、Zr02多孔纳米固体以及ZnO．Ti02复合多孔纳米固体。在此基础上，我们首次以ZnO多孔纳米固体为原料，利用传统的厚膜制备工艺制备了ZnO多孑L纳米固体厚膜气敏传感器，并对它的敏感性能进行了表征。为了进一步探索改善气敏传感器敏感性能的方法，我们又分别制备了ZnO—Ti02、ZnO-Sn02、ZnO—Zr02、ZnO-Ga203和ZnO-C0304复合多孔纳米固体厚膜气敏传感器，并对它们进行了测试分析，对有关现象进行了初步的解释。作为改善传感器性能的另一个尝试

2、，本文还研究了水热预处理纳米粉对厚膜气敏传感器敏感性能的影响。(1)我们利用溶剂热压方法成功制备了ZnO、Ti02和Zr02多孔纳米固体，并对其性能进行了测试分析。结果发现：改变溶剂的用量、种类以及实验过程中的热压压力，可以在一定范围内调控这些多7L纳米固体的孔径、孔容和比表面积，其中溶剂的种类影响最大。用去离子水制备的多孔纳米固体主孔径、孔容和比表面积都比较小，而用乙醇等制备的多孑L纳米固体的主孔径、孔容和比表面积相对较大。此外，ZnO、Yi02和Zr02多子L纳米固体都具有较高的热稳定性。为了给研制复合型多孔纳米固体气敏传感器作准备

3、，我们制备了ZnO．Ti02复合多孔纳米固体。从实验中我们发现：在纳米粉总量固定且溶剂用量相同的情况下，原料中Ti02纳米粉的比例越大，ZnO．Ti02复合多孔纳米固体的孔径、孔容和比表面积就越大，而且样品具有较高的热稳定性。(2)为了解决以ZnO纳米粉为原料制备厚膜气敏传感器时存在的本征电阻(传感器在空气中的电阻)过高、工作稳定性差等一系列问题，我们以ZnO多孔纳米固体为原料，利用传统的厚膜气敏传感器制备工艺制备了ZnO多孔纳米固体厚膜气敏传感器。测试结果表明：与直接用ZnO纳米粉制备的厚膜气敏传感器相比，用ZnO多孔纳米固体制备的厚

4、膜气敏传感器的本征电阻Ra明显降低，器件工作的稳定性显著改善。同时，器件的最佳工作温度降低、对乙醇蒸气的选择性提高，响应时间和恢复时间也大大缩短。(3)为进一步改善ZnO厚膜气敏传感器的敏感性能，我们以前面研制的五种复合型多孔纳米固体为原料，同样利用传统的厚膜气敏传感器制备工艺制备了复山东大学博七学位论文合多孔纳米固体气敏传感器，并将它们与ZnO多孑L纳米固体厚膜气敏传感器进行了同步测试。结果表明：在ZnO中掺杂其他纳米粉制成复合型多孔纳米固体后，有效地抑制了烧结过程中ZnO纳米颗粒的熔联和长大，并且有利于降低ZnO多孔纳米固体厚膜传感

5、器的本征电阻。其中，当Sn02纳米粉的含量为10wt．％时，传感器的最佳工作温度显著降低，ZnO中含有少量的Ti02，Zr02和Ga203纳米粉时，厚膜气敏传感器的最佳工作温度升高，但加入少量C0304纳米粉却对传感器的最佳工作温度没有影响。(4)为了探索改善器件敏感性能的其他方法，我们分别对ZnO和Sn02纳米粉进行了水热预处理，然后制备了两种厚膜气敏传感器。实验结果证实：与直接用ZnO和Sn02纳米粉制备的厚膜气敏传感器相比，用经过水热处理的ZnO和Sn02纳米粉制备的气敏传感器的敏感性能得到明显改善。因此，我们有理由认为，水热处理

6、方法是改善气敏材料的敏感性能的另一个有效方法。关键词：溶剂热压方法，多孔纳米固体，ZnO，厚膜气敏传感器，水热处理山东大学博：I：学位论文StudyonoxideporousnanosolidgassensorsAbstractInthisthesis，ZnO，Ti02andZr02porousnanosolidshavebeenpreparedbyauniquesolvothermalhot—pressmethod，usingseveralkindsofnanoparticlesandsolventsasthestartingmate

7、rials．Furthermore，ZnOporousnanosolidthickfilmgassensorshavealsobeenfabricatedfromanovelZnOnanosolidusingconventionalthickfilmspreparationmethod，andthegassensingpropertiesoftheZnOsensorsaretested．Inordertoimprovethegassensingperformanceofthesensors，fivekindsofcompositepor

8、ousnanosolidsthickfilmgassensors(ZnO—Ti02，ZnO-Sn02，ZnO—Zr02，ZnO—Ga203andZnO—C0304)havebeenpreparedandth