發(fā)布時間：2018-01-05 11:06

  本文關(guān)鍵詞：氧化鋅納米結(jié)構(gòu)缺陷控制與氣敏性能關(guān)系研究　出處：《天津理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： ZnO 納米片 空心球 GO/ZnO 復(fù)合材料 氣敏性能 表面缺陷

【摘要】：ZnO是一種寬禁帶的金屬氧化物半導(dǎo)體,因其獨(dú)特的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì),在氣敏傳感、光催化和廢水處理等領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用。因?yàn)閆nO形貌豐富、成本低廉、無毒無害、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),在氣敏傳感方向的應(yīng)用備受矚目。ZnO屬于表面電阻控制型半導(dǎo)體,氣敏響應(yīng)主要取決于表面結(jié)構(gòu),所以具有大的比表面積的片狀結(jié)構(gòu)和有助于氣體擴(kuò)散的多孔空心結(jié)構(gòu)均有利于提高氣敏性能。此外,考慮到氧化石墨烯(GO)特殊的運(yùn)輸特性和極高的載流子遷移率,其與ZnO的復(fù)合材料也能表現(xiàn)出優(yōu)良的氣敏性能。本論文主要研究內(nèi)容如下:1)在沒有任何模板、表面活性劑或有機(jī)溶劑的情況下,采用直接沉淀的方法在室溫下合成了平均厚度約為20 nm的氧化鋅(ZnO)納米片。為了提高熱穩(wěn)定性、調(diào)控表面本征缺陷含量,將樣品分別在200°C、400°C和600°C下煅燒,結(jié)果表明,片狀結(jié)構(gòu)可以在低于400°C下穩(wěn)定存在。光致發(fā)光譜(PL)分析顯示,ZnO-200樣品表面上存在大量的本征缺陷;氣敏測試表明,由ZnO-200納米片制作的氣體傳感器在300°C下對丙酮顯示出較高的氣敏響應(yīng)和良好的選擇性。因此,我們認(rèn)為ZnO-200對丙酮顯示的靈敏度的增強(qiáng),除了比表面積的影響外,主要起因于材料表面的本征缺陷。2)通過一種簡單有效、低碳環(huán)保的水浴法制備了不同氧化石墨烯含量的石墨烯/ZnO的復(fù)合體系,隨后制成氣敏器件,對其氣敏性能進(jìn)行測試。結(jié)果表明,摻雜0.5 mg氧化石墨烯的ZnO復(fù)合材料(ZnO-0.5 GO)在200°C下對二甲胺顯示出良好的氣敏性能。結(jié)果表明,0.5 mg氧化石墨烯為最佳復(fù)合含量,并在復(fù)合過程中通過原位C摻雜形成了一些施主型雜質(zhì)缺陷,主要是CZn和Ci,這些均有利于吸附氧的增加,從而提升靈敏度,其在200°C下對1 ppm二甲胺的靈敏度可高達(dá)4.82。我們還發(fā)現(xiàn)GO/ZnO復(fù)合材料在低工作溫度下的n-p轉(zhuǎn)換主要是吸附抑制載流子傳輸引起的,而低二甲胺濃度下的n-p轉(zhuǎn)換是由于對于p型半導(dǎo)體而言,空穴濃度的降低比電子濃度的增加更為重要。3)以葡萄糖和氯化鋅為原料,采用兩步法(一步水熱、二步煅燒)以碳球?yàn)槟０逶诓煌褵郎囟认聽奚０搴铣闪薢nO空心微球結(jié)構(gòu),同時也實(shí)現(xiàn)了碳的原位摻雜。氣敏性能測試表明,在600°C下煅燒的的空心微球(ZnO-600)在最佳工作溫度(240°C)下對二甲胺顯示出了最佳的氣敏性能,尤其是對1 ppm的二甲胺靈敏度可達(dá)7.21,在低濃度二甲胺檢測領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。通過研究討論發(fā)現(xiàn)優(yōu)良的氣敏性能是材料的比表面積和表面缺陷共同作用所致。
[Abstract]:ZnO is a wide band gap metal oxide semiconductor, because of its unique electrical and optical properties in gas sensing, photocatalytic wastewater treatment and other fields have a very wide application. Because the morphology of ZnO rich, low cost, non-toxic harmless, green environmental protection and other advantages, the application in gas sensing the direction of attention.ZnO belongs to control type semiconductor surface resistance, gas sensing response mainly depends on the surface structure, so it has large specific surface area and the lamellar structure of porous hollow structure is helpful to the gas diffusion to improve gas sensing properties. In addition, considering graphene oxide (GO) carrier transport characteristic and high special migration rate of composite materials with ZnO can exhibit excellent gas sensing properties. The main research contents of this paper are as follows: 1) in the absence of any templates, surfactants or organic solvent, by direct precipitation Methods was synthesized at room temperature with an average thickness of about 20 nm Zinc Oxide (ZnO) nano film. In order to improve the thermal stability of the intrinsic defects in the regulation of surface, the samples were at 200 ~ C, 400 ~ C and 600 ~ C under calcination, results show that the sheet structure can be lower than 400 DEG C under stable deposit in the photoluminescence spectra (PL) analysis showed that the existence of intrinsic defects on the surface of a large number of ZnO-200 samples; gas sensing tests show that the nano ZnO-200 gas sensor fabricated in 300 ~ C of acetone showed higher response sensitivity and good selectivity. Therefore, we believe that ZnO-200 enhanced sensitivity to acetone the show, in addition to the effect of surface area, mainly because of the intrinsic defects on the surface of the.2) by a simple and effective, composites of graphene /ZnO different graphene oxide content in the preparation of low carbon environmental protection water bath method, then made of gas sensors, the The gas sensing properties were tested. The results show that the ZnO composite 0.5 mg doped graphene oxide (ZnO-0.5 GO) at 200 DEG C to two methylamine showed good gas sensing properties. The results showed that the optimum content is 0.5 mg graphene oxide, and the composite process by in situ C doped form some donor impurity defects, mainly CZn and Ci, which are conducive to the increase of adsorbed oxygen, so as to enhance its sensitivity at 200 ~ C sensitivity of 1 ppm two methylamine can be as high as 4.82. we found that N-P conversion GO/ZnO composites at low working temperature is mainly caused by the inhibition of adsorption carrier transport. N-P two the conversion of low concentration of methylamine is due to p type semiconductor, reduce the hole concentration than the electron concentration is more important.3) with glucose and zinc chloride as raw material by two step (step two step hydrothermal calcination) with carbon spheres as The template in different temperatures sacrificial template ZnO hollow microspheres were synthesized, but also realize the in situ doped carbon. Gas sensitivity tests show that the hollow microspheres calcined at 600 ~ C (ZnO-600) at the optimal temperature (240 degrees C) to two methylamine showed the best sensing properties especially, two of the 1 ppm methylamine sensitivity of 7.21, a good prospect in the field of low concentration of two methylamine detection. Through the research and discussion found excellent gas sensitivity property are material specific surface area and surface defects caused by joint action.

【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ132.41;TB383.1

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本文編號：1382840