ZnO纳米线气敏性能及气敏机理的研究

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1、ZnO纳米线气敏性能及气敏机理的研究学科：材料物理与化学研究生签字：指导教师签字：摘要ZnO是世界上应用最早的气敏材料，本课题研究了Ag、Ni、AI、Y203、Ce02、La203掺杂对ZnO纳米线气敏性能的影响，以及通过紫光激发来进一步提高纯ZnO纳米线以及掺杂ZnO纳米线的气敏性能，并初步讨论了掺杂和紫光激发的敏感机理。本文以物理热蒸发法制备的纯ZnO纳米线和Ag、Ni、AI、"Y203、Ce02、I．a203掺杂的ZnO纳米线为气敏基料，制备成旁热式气敏元件，对浓度均为100ppm的无水乙醇蒸汽、氨气、甲烷、一氧化

2、碳四种气体进行了性能测试。获得的主要结果如下i1．在无水乙醇蒸汽气氛中，纯ZnO纳米线的灵敏度为22，最佳的掺杂元素是Ag，灵敏度为76，提高了245％；紫光激发下，最佳的掺杂元素是Ag，灵敏度为178，提高了709％。2．在氨气气氛中，纯ZnO纳米线的灵敏度为7．5，最佳的掺杂元素是Ni，灵敏度为15，提高了100％；紫光激发下，最佳的掺杂元素是Ni，灵敏度为84，提高了1020％。3．在甲烷气氛中，纯ZnO纳米线的灵敏度为6，最佳的掺杂元素是Ni，灵敏度为15．5，提高了158％；紫光激发下，最佳的掺杂元素是Ni，灵

3、敏度为75，提高了1150％。4．在一氧化碳气氛中，纯ZnO纳米线的灵敏度为7，最佳的掺杂元素是舢，灵敏度为14．4，提高了106％；紫光激发下，最佳的掺杂元素是Ni，灵敏度为125，提高了1686％。5．与纯ZnO纳米线相比，掺杂后ZnO纳米线的直径变细，使纳米线的表面积增大，从而大大增加了氧吸附量，因此提高了气敏性能。6．紫光激发引入了大量的电子和空穴，使载流子的数量急剧增大，电导率上升，电阻急剧减小，因此，提高了ZnO纳米线的气敏性能，缩短了响应一恢复时间。并且，随着紫光照射功率的增强，纯ZnO纳米线和掺杂ZnO纳

4、米线的气敏性能都提高。关键词：ZnO纳米线；掺杂；紫光激发；气敏性能；响应一恢复时间；光照功率TheStudyofgassensitivitypropertiesandmechanismofZnODiscipline：MaterialStudentSignature：nanowiresgassensorphysicsandchemistrySupervisorSignatureAbstractZn0isthefirstgassensormaterialtobeappliedintheworld，theeffectofdo

5、pantssuchasAg，Ni，AI，Y203，Ce02，La203onthegaspropertiesofZn0nanowiresfilmsensitivitieshasbeenstudiedinthispaperInordertoimprovethegassensitivitiesproperties，violetexcitationmethodwasusedandthemechanismassociatedwithdopingandexcitationarediscussed·。PureZnOnanowiresa

6、nddopedwithAg，Ni，AI，Y203，Ce02，La203ofZnOnanowires，svnthesizedbythermalevaporation，areusedforthesourcematerialstopreparetheheatertypegassensors．Thegassensitivitiesto100ppmconcentrationsofC2HsOH，NH3，CH4andCOhavebeentested．Theresultsareshowedasfollowing．1．Themaximga

7、ssensitivitypropertytoalcoholvaporforpureZnOnanowiresis22·AgisthebestdopantselementandthegasmaximsensitivitypropertyforAgdopedZnOnanowiresis76．whichhasincreasedby245％．Undervioletrayradiation，AgisalsothebestdopantselementandthegassensitivitytoalcoholvaporforAgdope

8、dZnOnanowiresisenhancedto178，whichhasgreatlyincreasedby709％．2．ThemaximgassensitivitypropertytoNH3forpureZnOnanowiresis7．5·Niisthebestdopantselementandthegasmax