NO₂是造成環(huán)境污染的主要有毒氣體之一。微量的NO₂不僅直接危害人體呼吸系統(tǒng),還會(huì)造成空氣污染。因此,研制出一款對(duì)NO₂這種有毒有害氣體進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)的氣敏傳感器是非常有必要的。二維材料Sn S₂在氣敏領(lǐng)域有很好的應(yīng)用,基于二維層狀Sn S₂的傳感材料具有更強(qiáng)的電負(fù)性和更強(qiáng)的吸附能力。因此,Sn S₂氣體傳感器具有較高的靈敏度和選擇性,同時(shí)具有快速響應(yīng)/恢復(fù)的特點(diǎn),這是在二維材料中比較少見的。但是Sn S₂基傳感器還需要在120℃下工作,所以現(xiàn)在的目標(biāo)主要是,在保持高靈敏度,響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間快,良好的選擇性等優(yōu)異特性的前提下,使其能在室溫下實(shí)現(xiàn)對(duì)NO₂有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)。首先,花狀結(jié)構(gòu)的Sn S₂性能要更加優(yōu)越,因此主體Sn S₂為花狀結(jié)構(gòu)最佳。其次,目前通過構(gòu)建異質(zhì)結(jié)的方法可以顯著改善材料存在的缺陷,選取費(fèi)米能級(jí)更高的材料和Sn S₂構(gòu)建異質(zhì)結(jié)不僅能夠... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

空氣污染在諸多有害氣體中，化石燃料燃燒，清潔劑，汽車尾氣，工業(yè)生產(chǎn)等產(chǎn)生的氮

估，材料的電阻值變化越大，說明檢測(cè)氣體越靈敏，變化越大也說明氣體濃度越大，不同類型的傳感材料，電阻變化趨勢(shì)也不同。NO2相對(duì)于其他氣體具有更強(qiáng)的吸附力可以有利于其和材料發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，以n型半導(dǎo)體SnS2為例，NO2會(huì)吸附在SnS2表面并奪取電子，此使n型半導(dǎo)體SnS2失去了電子使得電阻增大，從而檢測(cè)電阻變化實(shí)時(shí)檢測(cè)。與前兩種相對(duì)比，電阻式傳感器具有不需要精密的儀器，也不易受外界干擾可以長(zhǎng)期工作等優(yōu)勢(shì)，因此在成本、穩(wěn)定性等方面都比較理想。因此，這類傳感器也成為目前研究的最佳選擇。幾種常見的電阻型傳感器如圖1-2所示。圖1-2幾種常見的電阻型傳感器1.2.3傳統(tǒng)電阻型傳感器如今國(guó)家越來越注重環(huán)保，所以高精度氣敏傳感器能被用于實(shí)時(shí)氣體監(jiān)測(cè)非常具有實(shí)用價(jià)值。研究敏感材料，能使傳感器有著良好的感測(cè)性能是關(guān)鍵。在目前廣泛研究的敏感材料中，由于成本低、性能穩(wěn)固、制備簡(jiǎn)單以及與當(dāng)代電子設(shè)備易兼容等優(yōu)點(diǎn)，所以研究的重點(diǎn)集中于傳統(tǒng)電阻型氣敏傳感器中所使用的金屬氧化物類材料上。目前金屬氧化物已經(jīng)被用于商業(yè)化，例如FIGARO是日本一家半導(dǎo)體氣敏傳感器公司，在1962年首次發(fā)明生產(chǎn)氣敏傳感器，目前還處于全球第一的地位�，F(xiàn)如今，一些金屬氧化物，例如ZnO、SnO2、TiO2、CuO、Co3O4、In2O3和WO3等已經(jīng)成為熱點(diǎn)研究和關(guān)注的對(duì)象。許多金屬氧化物適合通過對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)量來檢測(cè)可燃?xì)怏w、還原氣體或氧化氣體。一些氧化物在其電導(dǎo)率方面顯示出對(duì)氣體的響應(yīng)，因此可以根據(jù)電子結(jié)構(gòu)來確定氣敏傳感器所需要選擇的金屬氧化物。正因?yàn)檠趸锞哂腥绱藦V泛的電子結(jié)構(gòu)范圍，以至于金屬氧化物可被大概分為以下兩類[13]：（1）過渡金屬氧化物，例如NiO等；（2）非過渡金屬氧化物，可分為過渡金屬前氧化物，例如Al2O3等和過渡

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-7-圖1-3a)是反應(yīng)階段過程中In2O3的能帶圖[14]，圖b)和c)是n型氣敏材料的電子耗盡層的示意圖[16]圖1-4兩種形貌ZnO納米結(jié)構(gòu)在500°C退火3h后的SEM圖像a)花狀ZnO和b)管狀ZnO[17]金屬氧化物目前大部分都需要在加熱條件下才能使用，因此需要測(cè)定材料的最佳工作溫度，如圖1-5為兩種形貌的ZnO在不同操作溫度下測(cè)定三種濃度NO2的折線圖，可以很明顯看出，無論花狀還是管狀結(jié)構(gòu)它們的最佳操作溫度都為190℃。具有不同形貌的材料也具備不同的性能，因此也有好多文獻(xiàn)研究材料形貌對(duì)氣敏性能的影響[18]。由圖1-5也可以看出在同一個(gè)工作溫度下，測(cè)定同濃度的NO2，管狀ZnO的響應(yīng)值是花狀的好幾倍，由此說明管狀形貌的性能更加優(yōu)越。為了研究出現(xiàn)這種現(xiàn)象的機(jī)理，文獻(xiàn)對(duì)材料進(jìn)行原位紅外的表征，NO2吸附會(huì)借助ZnO表面的吸附氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硝酸根基團(tuán)，所以紅外表征圖上會(huì)出現(xiàn)硝酸根的峰，實(shí)驗(yàn)測(cè)出管狀的硝酸根的峰要比花狀的峰要更強(qiáng)，這也輔助證明前面所闡述的情況。ZnO納米結(jié)構(gòu)會(huì)含有很多的缺陷，比如氧空位，氧空位相當(dāng)于施

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬氧化物異質(zhì)結(jié)氣體傳感器氣敏增強(qiáng)機(jī)理[J]. 唐偉,王兢.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2016(05)
[2]A Review on Graphene-Based Gas/Vapor Sensors with Unique Properties and Potential Applications[J]. Tao Wang,Da Huang,Zhi Yang,Shusheng Xu,Guili He,Xiaolin Li,Nantao Hu,Guilin Yin,Dannong He,Liying Zhang.  Nano-Micro Letters. 2016(02)



本文編號(hào)：2918650