基于nio纳米材料的气体传感器研究

《基于nio纳米材料的气体传感器研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：TP212单位代码：10183研究生学号：2013512055密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）基于NiO纳米材料的气体传感器研究ResearchongassensorsbasedonNiOnanomaterials作者姓名：王琛专业：微电子学与固体电子学研究方向：先进功能材料及传感器件指导教师：郑杰教授培养单位：电子科学与工程学院2016年6月未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位巧个人，均不得对本论女的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术

2、性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博或硕±）学位论丈原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导Ｔ，独立进行研究Ｘ作所取得的成果。除文中已经注明引用的内巧外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中料明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学化论文作者签名：＂０户。＾／／日期：年月！日—————————————————————基于NiO纳米材料的气体传感器研究—————————————————————Re

3、searchongassensorsbasedonNiOnanomaterials作者姓名：王琛专业名称：微电子学与固体电子学指导教师：郑杰教授学位类别：理学硕士答辩日期：年月日中文摘要基于NiO纳米材料的气体传感器研究近年来，大气环境和微环境空气监测、工业生产/汽车排放监控、煤矿/家庭/食品安全、医疗诊断及军事等领域的迫切需求，使得气体传感器的研究受到了广泛关注。在基于不同感知机理的传感器中，金属氧化物半导体电阻型气体传感器因具有低成本、高灵敏度和操作简易等优点，一直是本领域的研究热点，在历届国际化学传感器大会（IMCS）上也是最受关注的专题。众所周知，优异的

4、敏感材料是构筑高性能气体传感器的基础，传感器的气敏特性与敏感材料的形貌、微观结构以及组分密切相关。因此，探索和开发具有特殊结构的新型敏感材料对于提升气体传感器的性能具有重要的科学意义。氧化镍（NiO）作为重要的P型金属氧化物半导体，具有优异的化学和电学特性。虽然作为敏感材料，其灵敏度远低于典型的N型金属氧化物半导体，诸如SnO2、In2O3、ZnO和WO3等。但是，其具有较强的催化功能，能够有效地氧化挥发性有机化合物（VOCs）气体。所以，NiO可以作为高效的敏感材料来构筑高性能VOCs气体传感器。本论文依据NiO的自身优势，在设计和制备几种形貌新颖的NiO纳米

5、结构的基础上，通过原位掺杂和表面修饰技术对NiO进行表/界面调控，以实现对VOCs气体的高效识别。主要研究内容包括：结合分等级结构的结构优势和掺杂的功能改性，首先制备出了几种不同形貌的NiO分等级结构。为了提升其敏感特性，采用异价阳离子原位掺杂技术获得了W掺杂NiO花状微球和Al掺杂NiO纳米棒花分等级结构。研究两种掺杂剂的掺杂量对NiO敏感特性的影响，从而确定最佳掺杂量。测试结果发现，基于4.0at%W掺杂NiO花状微球的传感器表现出最佳的气敏特性，其对丙酮具有高的响应和好的选择性，检测下限可达100ppb。而基于2.15at%Al掺杂NiO纳米棒花的传感器则

6、对乙醇表现出增强的敏感特性。敏感性能的提升主要归因于掺杂所导致的载流子（空穴）浓度的减少以及缺陷氧和化学吸附氧数目的增加。依据目标气体和敏感材料的相互作用机制，选择α-Fe2O3构筑异质结构复合敏感材料（α-Fe2O3/NiO），利用其独特的界面效应和异于单组分的特殊性能，实I现了敏感性能的优化。我们采用两步液相合成法，首先以水热法获得的分等级NiO花状微球和纳米管作为基体，然后在其表面生长α-Fe2O3纳米棒，就获得了不同形貌的α-Fe2O3/NiO异质结构。敏感特性测试结果表明，与单一NiO相比，构筑的异质结构α-Fe2O3/NiO花状微球具有明显增强的气敏

7、特性，在300°C下传感器对100ppm甲苯的响应值约为18.7，是单一NiO的13倍。而基于α-Fe2O3/NiO纳米管的气体传感器则具有比α-Fe2O3/NiO花状微球更佳的气敏特性，传感器对甲苯的选择性和响应均得到了增强，尤其在275°C下对5ppm甲苯的响应值约为8.8，是单一NiO纳米管的7.8倍，检测下限也达到了ppb量级。在异质结处，由于功函数的差异所导致的能带弯曲，有利于发生电子的转移，同时也强化了空间电荷层，从而增强了复合材料对待测气体的响应。关键词：NiO，W/Al掺杂，α-Fe2O3/NiO异质结构，气体传感器IIAbstractResea

8、rchongassens