纳米ZnO甲烷传感器的制备及性能研究

【摘要】： 本文采用两种不同的工艺方法(人工涂覆、浸渍提拉)来制作ZnO气敏传感器,并对气敏元件进行溶液处理,还在实验室自主研发的2008型DZB智能测试系统上测试了它的基线电阻和对甲烷气体的敏感性能。同时采用场发射扫描电镜法和X射线衍射法对传感器的气敏膜上的ZnO形态进行了分析,并探讨了纳米ZnO形态对甲烷气敏性能的影响。 采用人工涂覆工艺将两种不同形态的纳米ZnO粉末成膜并制作成传感器,对其进行甲烷气敏性能测试,所得到的测试结果表明:由四针状纳米ZnO制得的传感器对甲烷气体的敏感性能要优于颗粒状纳米ZnO制得的传感器。这两种传感器对甲烷气体的灵敏度都是随着甲烷浓度的升高而增大,峰值温度在370℃左右。 采用浸渍提拉工艺将三种不同的混合溶液(锌溶胶、四针状纳米ZnO甲醇悬浊液和四针状纳米ZnO乙二醇悬浊液)在元件上成膜并制作成传感器,所得到的测试结果表明:这三种传感器对甲烷气体的灵敏度也是随着浓度的升高而增大,峰值温度也是在370℃左右,同时大大改善了传感器的一致性。 为了进一步提高传感器对甲烷气体的灵敏度,采用溶液处理工艺在已沉积了纳米ZnO晶种层的元件表面上可控生长出不同形态的纳米ZnO。将该元件制成传感器并对其气敏膜做了SEM测试以及对甲烷的敏感性能测试。结果表明:水热处理后,传感器的基线电阻减小且对甲烷气体的灵敏度普遍提高,一致性也较好。随着溶液中锌离子浓度的升高,通过水热晶种生长法合成的纳米棒逐渐长大但密度降低,其制作的传感器基线电阻降低,对甲烷气体的灵敏度也减小;随着水热时间的延长,通过水热晶种生长法在ZnO晶种层上合成的ZnO纳米棒逐渐长大但密度减小,其制作的传感器基线电阻降低,对甲烷气体的灵敏度也减小。采用水热晶种生长法合成的ZnO纳米片,降低了传感器的基线电阻,并降低了其最合适工作温度。 【关键词】：纳米ZnO 气敏传感器 甲烷 气敏性能
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP212.6;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 催化载体传感器10-13
• 1.2 氧化物半导体甲烷传感器13-17
• 1.3 课题的目的意义及研究内容17-19
• 2 人工涂覆制作纳米ZnO甲烷传感器及其气敏性能19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 实验仪器与试剂19-21
• 2.3 人工涂覆制作传感器工艺21-22
• 2.4 测试方法22-24
• 2.5 实验结果与分析24-29
• 2.6 本章小结29-30
• 3 浸渍提拉成膜制作纳米ZnO甲烷传感器及其气敏性能30-41
• 3.1 引言30
• 3.2 提拉原理30-31
• 3.3 纳米ZnO薄膜制备31-34
• 3.4 性能测试与表征34-35
• 3.5 结果与分析35-40
• 3.6 本章小结40-41
• 4 溶液处理ZnO甲烷传感器及其气敏性能41-61
• 4.1 引言41
• 4.2 实验过程41-42
• 4.3 实验结果与分析42-59
• 4.4 ZnO结构形态对传感器甲烷气敏性能的影响59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 全文总结与展望61-63
• 5.1 全文总结61-62
• 5.2 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68

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