基于碳纳米管的气体传感器制备及其特性研究

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1、-分类号密级注1UDC学位论文基于碳纳米管的气体传感器制备及其特性研究（题名和副题名）王智慧（作者姓名）指导教师陈泽祥教授博导成都电子科技大学（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业光学工程提交论文日期2014.04.02论文答辩日期学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席2014.05.282014年06月25日评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。 INVESTIGATIONOFPREPARATIONOFGASSENSORSBASEDONCARBONNANOTUBESANDTHEIRCHARACTERISTICSAMasterThesis

2、SubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:OpticalEngineeringZhihuiWangAuthor:Advisor:ProfessorZexiangChenSchool:SchoolofOptoelectronicInformation 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而

3、使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将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、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日 摘要摘要随着纳米技术的发展，为设计低能源消耗、高灵敏度、低成本、便携式传感器创造了巨大的潜力。作为新兴

4、的纳米材料，碳纳米管优异的导电性能、高比表面积和独特的中空结构使其成为气体分子吸附的理想材料。常用的半导体金属氧化物气敏材料通常需要在较高的温度下才正常工作，表现出半导体特性；但是较高的工作温度会给气敏元件带来如能耗损耗较大、使用寿命降低等诸多问题，甚至可能会使气敏元件成为爆炸源，成为安全隐患。本论文围绕制备基于碳纳米管的气体传感器为核心出发，在实验室场致发射的碳纳米管阵列制备工艺上，对碳纳米管阵列制备工艺进行研究分析，制备适合气敏传感的碳纳米管阵列薄膜，对其进行优化改性，并进行相关气敏特性测试；同时将纯化的无序碳纳米管与半导体氧化物制备复合气敏材料，研究碳纳米管

5、掺入量对半导体氧化物气敏特性的影响以及其复合气敏材料的气敏特性。其主要研究内容和成果如下：1)采用MPECVD法制备的碳纳米管，2.5nm厚Al层作为分散剂，1.2nm厚的Fe层作为催化剂，得到了定向性好、排列整齐、长度一致垂直碳纳米管束阵列；碳纳米管阵列长度随着生长时间增加而增加，碳纳米管阵列表现出P型半导体性质；生长时间为60s的碳纳米管表现出最优的灵敏度，但是直接生长的碳纳米管表现出较低的灵敏度。2)生长时间为60s的碳纳米管阵列通过400°C退火处理，可以除去碳纳米管生长的如无定形碳等副产物或引进功能团，从而显著提高其灵敏度，对NH3和NO2表现出最好的灵

6、敏度，对CH4等几乎没有响应；对比分析叉指型、连续薄膜型两种碳纳米管传感器中，叉指型碳纳米管传感器具有有优异的叉指尺寸，使得其表现出最优气敏特性；但是碳纳米管本身具有较高电导率，器件结构的优化不能显著提高其灵敏度。3)采用混酸(浓硫酸和浓硝酸比例为3：1)处理的含有杂质碳纳米管处理，得到纯化的碳纳米管并对其引入增强其气敏特性的官能团。采用溶胶凝胶法制备氧化钨，并与纯化后的碳纳米管制备出CNT/WO3复合气敏材料。由于碳纳米管具有良好的导电特性，气敏元件的电阻值随着碳纳米管的掺入量增加而急剧减少；当碳纳米管掺入量为1%时，氧化钨对50ppm的NO2表现出最佳的灵敏度

7、为7.4%；同时在选择性测试中，CNT/WO3复合材料对NH3和NO2具有较高的灵敏度。4)采用溶胶凝胶法制备的氧化锌为典型的N型半导体，其电阻随着碳纳米管I 摘要的掺入量增加而显著减少，导致其半导体特性发生改变；碳纳米管掺入量为2%的氧化锌对50ppm的乙醇表现出最佳的灵敏度为9.8%；通过选择特性测试发现，CNT/ZnO复合材料对乙醇具有最高的灵敏度和显著的灵敏度。关键词：气体传感器，碳纳米管阵列，叉指型电极，氧化钨，氧化锌II ABSTRACTABSTRACTThedevelopmentofnanotechnologyhascreatedhugepotent

8、ialto