二氧化氮（NO₂）是最為常見的有毒有害氣體之一,它在機(jī)動(dòng)車尾氣排放、工業(yè)燃料高溫燃燒等過程中均能產(chǎn)生,在導(dǎo)致生態(tài)問題的同時(shí),對(duì)人體健康也十分不利,極易引起呼吸系統(tǒng)疾病。因此,迫切需要開發(fā)具有高靈敏度、快速響應(yīng)恢復(fù)、優(yōu)異選擇性和重復(fù)性的NO₂氣敏傳感器,并且近年來低能耗傳感器成為重點(diǎn)發(fā)展方向,開發(fā)在室溫下?lián)碛幸陨蟽?yōu)異性能的NO₂氣敏傳感器成為研究的熱點(diǎn)。在NO₂氣敏傳感器中,過渡金屬硫族化合物（Transition-metal dichalcogenides,簡(jiǎn)稱TMDs）由于具有大的比表面積、優(yōu)異的電導(dǎo)率及化學(xué)活性,易于實(shí)現(xiàn)室溫氣敏傳感,近年來在氣敏傳感領(lǐng)域逐漸得到重視,但它也存在一定的缺陷,如靈敏度低、響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間長、穩(wěn)定性差等。相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道表明,TMDs與傳統(tǒng)的金屬氧化物能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),故室溫氣敏傳感器的最新努力方向已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)⒔饘傺趸锱c新型TMDs進(jìn)行復(fù)合。因此,本課題提出采用簡(jiǎn)單的濕化學(xué)法制備花狀WSe₂納米微球,并進(jìn)一步采用水熱法將其與傳統(tǒng)的金屬氧化物SnO

【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

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

幾種常見的電阻型氣敏傳感器

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-6-同時(shí)盡量降低其工作溫度。圖1-2各種應(yīng)用于氣敏傳感器的半導(dǎo)體金屬氧化物納米材料示意圖[28]近年來，納米材料由于其獨(dú)特的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)以及催化性質(zhì)得到越來越多的應(yīng)用，在氣敏領(lǐng)域大部分的工作也都圍繞其展開。相關(guān)研究表明，通過改變納米材料的結(jié)構(gòu)、形貌等能夠?qū)Σ牧系男阅苓M(jìn)行調(diào)控[29-31]，因此許多研究人員通過改良制備時(shí)的工藝參數(shù)來對(duì)材料結(jié)構(gòu)、尺寸、分布、形貌等進(jìn)行控制，以提高材料的氣敏性能。如T.Yamazaki[32]等采用熱蒸發(fā)法分別制備了SnO2微絲、納米線和米狀納米顆粒，如圖1-3所示，a)圖為合成的具有粗糙表面的微絲，其直徑為2μm，長度為20μm，并且微絲呈現(xiàn)矩形形貌，在硅襯底表面上以不同方向（平行、垂直或傾斜）生長。圖1-3b)所示的低倍FESEM圖像顯示該樣品由許多直線和彎曲的納米線組成，其平均長度為20μm。這些納米線的表面很光滑，直徑為50-100nm。圖1-3c)顯示了使用SnO2粉末作為原料制備的SnO2的大米狀納米顆粒結(jié)構(gòu)，其平均粒徑約為100nm。在不同溫度下分別測(cè)試三種材料對(duì)2ppmNO2的響應(yīng)情況，納米顆粒結(jié)構(gòu)SnO2傳感器的靈敏度相對(duì)較低，并且隨著工作溫度升高而略有提高，在200℃時(shí)時(shí)靈敏度最高，約為5.5。使用SnO2微絲可以稍微改善傳感器的響應(yīng)，而使用SnO2納米線作為敏感層則可以顯著提高傳感器的響應(yīng)。有趣的是，SnO2納米顆粒、微絲和納米線傳感器的最佳工作溫度分別為200、100和150℃，線狀結(jié)構(gòu)的微絲和納米線的最佳工作溫度均比納米顆粒要低。對(duì)于2ppmNO2氣體，SnO2納米線于150℃的工作溫度下對(duì)其響應(yīng)最高，所得的最高靈敏度為88。從以上結(jié)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-9-50nm范圍內(nèi)介孔率相近。從這一測(cè)試結(jié)果可以看出，孔徑分布和比表面積等因素不是引起納米復(fù)合材料氣敏性能明顯提高的主要原因。因此，有理由相信二者復(fù)合產(chǎn)生的p-n異質(zhì)結(jié)和在Ni-O-Sn界面NiO與SnO2之間形成的鍵在提高復(fù)合材料的傳感行為中起著至關(guān)重要的作用。在二者復(fù)合的界面處將形成一個(gè)空間電荷區(qū)，即所謂的耗盡層，以使p-n異質(zhì)結(jié)的電荷保持平衡。耗盡層的形成會(huì)顯著降低材料的初始電導(dǎo)率，暴露于NO2后納米復(fù)合材料中的電子被奪取，所留下的等效空穴濃度就會(huì)增加。另一個(gè)是在暴露于NO2之前和之后，納米復(fù)合材料中二者的接觸電位會(huì)發(fā)生變化，從而對(duì)氣體傳感性能產(chǎn)生了巨大影響。文中不同摩爾比的納米復(fù)合材料的敏感性差異表明了傳感材料的敏感度對(duì)界面鍵數(shù)和界面電阻的依賴性，說明了異質(zhì)結(jié)在提高氣敏性能中的重要作用。但是，從圖1-6的氣敏性能測(cè)試結(jié)果能夠看出，NiO與SnO2的復(fù)合雖然實(shí)現(xiàn)了室溫響應(yīng)，但相應(yīng)的材料的響應(yīng)恢復(fù)性能相對(duì)較差，復(fù)合之后其響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間未明顯縮短，且在室溫下，所有比例復(fù)合物均不能實(shí)現(xiàn)完全恢復(fù)。圖1-5低倍及高倍SEM圖像：a)，e)，i)純NiO；b)，f)，j)NiSn31；c)，g)，k)NiSn11；d)，h)，l)NiSn13[38]圖1-6a)不同傳感器的響應(yīng)與NO2濃度的關(guān)系；b)NiO和NiO/SnO2傳感器在室溫下對(duì)45ppmNO2的瞬態(tài)電響應(yīng)[38]


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