典型微纳结构的气敏检测与结构制备研究

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1、分类号学号M201270370学校代码10487密级硕士学位论文典型微纳结构的气敏检测与结构制备研究学位申请人：江婷学科专业：机械电子工程指导教师：廖广兰教授史铁林教授答辩日期：2015年5月14日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchongas-sensingdetectionandpreparationoftypicalmicro/nanostructuresCand

2、idate:JiangTingMajor:MechatronicsEngineeringSupervisor:ProfessorLiaoGuanglanProfessorShiTielinHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本

3、文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导

4、教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要当前环境污染日趋严重，有机气体检测成为气体检测领域不可或缺的一部分。与此同时，随着微电子技术和微纳制造工艺及其理论的不断完善，气体传感器逐渐向一体化、智能化、图像化及微型化、低能耗和高灵敏度高选择性的方向发展，气敏传感器也逐渐以具有气敏特性的微纳结构气敏元件为核心部件。本学位论文针对有机气体，通过理论、实验和仿真相结合，研究蝶翅微纳结构的光学气敏特性和ZnO纳米线结构的电学气敏特性，主要研究工作包括：针对Morpho蝶翅鳞片微纳结构，搭建了光学实验平台，检测

5、蝶翅样本在甲醇、乙醇饱和蒸汽和氮气中的光学反射谱，结合主成分分析方法，对光谱数据进行降维处理，实现了三种气体的检测和识别；研究了蝶翅结构气敏机理，提出蝶翅结构在有机气体中会在表面形成一层纳米液膜，导致结构的光学特性发生变化；采用Rsoft软件DiffractMOD模块对该蝶翅结构进行建模和仿真，研究了蒸气浓度变化对结构反射谱的影响。进一步，以蝶翅生物样本为模板，结合磁控溅射薄膜制备技术与烧结成型方法，制备出与原蝶翅结构和光学特性相似的蝶翅遗态结构。研究了ZnO半导体对还原性气体的气敏机理，结合ZnO纳米线生长和微纳结构

6、制备工艺，制备出叉指型和对尖型两种气敏微纳结构，并进行了Au颗粒修饰，探索了修饰前后结构气敏特性的变化。研究了350℃最佳测试温度下500ppm到10ppm不同浓度乙醇气体的电流-时间变化曲线，发现Au颗粒修饰对响应时间有所改善的，同时得到有无Au颗粒修饰的叉指型和对尖型气敏元件的浓度-灵敏度曲线，Au颗粒修饰强化了元件对乙醇气体的灵敏度，而叉指型气敏元件气敏特性优于对尖型气敏元件。上述研究工作对于进一步深入研究有机气体检测技术具有良好的指导作用。关键词：微纳结构，气敏检测，Morpho蝶翅，Rsoft软件，ZnO纳米

7、线I华中科技大学硕士学位论文AbstractWithinthecurrentincreasinglyseriousenvironmentalpollution,organicvaporsdetectionbecomesanimportantpartofgasdetectionfield.Atthesametime,asthecontinuousimprovementofthemicroelectronicstechnologyandthemicro/nanomanufacturingtechnologywiththei

8、rtheories,gassensorstrendtointegrative,intellectualized,visualandminiaturizedwithlowenergyconsumptionandhighsensitivity.Sothecorecomponentofgassensorsisalsograduallyt