铁酸镧系材料、mos2及其异质结构的湿敏元件特性研究

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1、学校代号10530学号201510121246分类号TN303密级硕士学位论文铁酸镧系材料、MoS2及其异质结构的湿敏元件特性研究学位申请人邹和风导师姓名及职称张勇副教授学院名称物理与光电工程学院学科专业电子科学与技术研究方向电子材料与器件二〇一八年六月ThehumiditysensingpropertiesoftheLnFeO3,MoS2andSmFeO3@MoS2heterostructureCandidateHefengZouSupervisorAssociateProfessorYongZhangCollege

2、SchoolofPhysicsandOptoelectronicsEngineeringProgramElectronicMaterialsandDevicesSpecializationElectronicsScienceandTechnologyDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018摘要湿度传感器在人类社会的生产、生活中具有广泛的应用，如智能家居、医疗检测、工业和农业生产以及军事国防等。因此，研制出低成本、高精度、长期稳定

3、性好的湿度传感器仍是国内外科研工作者所重点关注的课题。本文中，我们采用静电纺丝法、水热法等方法成功制备了LnFeO3纳米纤维、MoS2纳米花和SmFeO3@MoS2纳米复合材料，为了研究上述材料的湿敏性能，我们制作了对应的湿度传感器，并分析了其湿度敏感机制。主要研究内容由以下三部分组成：1.利用静电纺丝法制备得到LnFeO3(Ln=Sm、Nd、La)纳米纤维，并采用X射线衍射分析仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对材料进行了表征。在室温条件下，我们测试了LnFeO3纳米纤维湿度传感器的

4、湿敏性能。结果表明，在全湿范围(11%-95%RH)内，所有LnFeO3纳米纤维湿度传感器的最佳工作频率均为100Hz，它们的响应曲线显示出良好的线性度和响应值。其中，SmFeO3纳米纤维湿度传感器具有最大的响应值，其阻抗值在11%-95%RH湿度范围内的变化量超过了5个数量级，线性相关系数约为0.98。此外，SmFeO3纳米纤维湿度传感器的响应时间为10s左右。与其他铁酸镧系材料相比，SmFeO3纳米纤维由于具有较低的Ln-O键结合能而表现出更为优异的湿敏特性。2.采用水热法制备得到MoS2纳米花，并采用XRD和TE

5、M对其晶体结构和表面形貌进行了表征。制作了基于MoS2纳米花的湿度传感器，并测试了其在不同频率和不同湿度下的湿敏性能。测试结果表明，在10-1000Hz的工作频率下，MoS2纳米花湿度传感器的阻抗值在11%-95%RH的湿度范围内变化了将近4个数量级，且线性度良好，表明传感器具有较宽的工作频率。此外，器件的响应时间仅为1s，且在响应/恢复循环测试中展示出良好的重复性，显示出MoS2纳米花传感器优异的响应/恢复特性。由于MoS2纳米花对水分子的吸附形式为物理吸附，使其对水分子具有快速的响应/恢复特性。3.采用静电纺丝法结

6、合水热法制备了SmFeO3@MoS2纳米复合材料，并采用XRD、TEM和XPS对SmFeO3，MoS2和SmFeO3@MoS2进行了表征。为研究复合材料的湿敏性能，我们制作了基于上述三种材料的湿度传感器，测试比较了它们的湿敏性能。结果表明：SmFeO3@MoS2湿度传感器的阻抗值在全湿范围内(11%-95%RH)变化了超过5个数量级，其响应值约为MoS2湿度传感器的100倍。而相对于SmFeO3湿度传感器(10s/180s)，SmFeO3@MoS2湿度传感器的响应/恢复时间(1.5s/29.8s)得到了极大地缩短。此外

7、，SmFeO3@MoS2湿度传感器最大湿滞约为2%RH。由于协同作用，SmFeO3@MoS2纳米复合材料展现出了高的灵敏度、快速的响应/恢复特性和良好的可靠性。关键词：LnFeO3纳米纤维；MoS2纳米花；SmFeO3@MoS2纳米复合材料；协同作用；湿度传感器IAbstractHumiditysensor,oneofthemostimportantdevicesinourdailylife,hasbeenwidelyappliedtonumerousfields,includinghomeautomation,civ

8、ilengineering,monitoringhumanbreath,smartdevicesandsoon.Recently,thehumiditysensorwithhighresponsivity,lowcostandexcellentlong-termstabilityhasattractedmuchattention.