提高氣體選擇性是半導(dǎo)體金屬氧化物氣敏材料研究的關(guān)鍵問題。本文采用微波法制備了納米ZnO,進(jìn)一步對其進(jìn)行了外電場極化處理,研究極化效應(yīng)對納米氧化鋅性能的影響規(guī)律及機(jī)制。采用X射線衍射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）及拉曼光譜儀（Raman）對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、微觀形貌、拉曼活性等進(jìn)行了表征,測定了其在乙醇、丙酮氣氛中的氣敏特性。結(jié)果表明,外電場極化導(dǎo)致ZnO在438cm^-1處的拉曼特征峰強(qiáng)度明顯降低。隨著極化時間延長,納米ZnO氣敏元件在丙酮氣體中的靈敏度逐漸升高,在乙醇?xì)怏w中的靈敏度逐漸降低,外電場極化提高了納米ZnO對乙醇和丙酮氣體的選擇性。 

【文章來源】：材料科學(xué)與工程學(xué)報. 2020,38(03)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

不同極化時間納米ZnO的靈敏度/濃度曲線（a）丙酮和（b）乙醇

圖5 不同極化時間納米ZnO的靈敏度/濃度曲線（a）丙酮和（b）乙醇由于ZnO是一種n型半導(dǎo)體材料，當(dāng)氧原子或分子吸附于晶體表面時，它從納米ZnO晶體中奪得電子而帶負(fù)電形成O-，所以納米ZnO表面空間電荷層中自由電子數(shù)量降低，導(dǎo)電能力下降，因此元件電阻升高[15]。當(dāng)氣敏元件處于還原性氣氛（丙酮、乙醇）中時，待測氣體分子和O-產(chǎn)生反應(yīng)，使之前被俘獲的電子得到釋放，自由電子數(shù)增加，材料電阻降低。Tian[4]等的研究中，Zn-O鍵表現(xiàn)出特征拉伸，樣品對乙醇的靈敏度提高。本研究中，可能是Zn-O鍵變短，導(dǎo)致樣品對乙醇的靈敏度呈降低趨勢。關(guān)于這點還需要進(jìn)一步的實驗證實，但外加電場對ZnO電子特性有著明顯影響是確鑿的。ZnO是極性分子，外部電場作用下產(chǎn)生的極化效應(yīng)的實質(zhì)是微觀上各種極化機(jī)制的協(xié)同作用，包括電子的極化，離子的極化、電偶極子取向極化等[24]。由于空位的存在，電場可以導(dǎo)致離子位置的躍遷，離子在電場作用下的運動會產(chǎn)生感應(yīng)偶極矩，即離子間的鍵合會被拉長或者縮短。外電場作用下，晶體中不同電性的缺陷，如氧空位、鋅間隙原子帶正電，會向陰極運動；鋅空位、氧間隙原子帶負(fù)電，會向陽極運動。缺陷遷移與氣敏性能之間的關(guān)系仍需深入研究。

將獲得的納米ZnO粉末充分研磨后，稱量0.4g，在8MPa壓力下保持30s，得到直徑為13mm、厚度為0.8mm的圓片，在150℃下干燥2h。在30℃下，將樣品在ET2673D-4型高壓極化儀上進(jìn)行極化處理，極化裝置如圖1所示。用一對平行高純鋁板（直徑13mm，厚度1mm）連接直流電源來提供電場，采用的外電場強(qiáng)度為75kV/cm，極化時間分別取0、1、3、5h。2.2 納米氧化鋅的表征

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]外電場極化對納米氧化鋅拉曼活性及氣敏性能的影響[J]. 李釅,李嬌,陳麗麗,連曉雪,朱俊武.  物理學(xué)報. 2018(14)
[2]外電場作用下ZnO分子的結(jié)構(gòu)特性研究[J]. 安躍華,熊必濤,邢云,申婧翔,李培剛,朱志艷,唐為華.  物理學(xué)報. 2013(07)
[3]ZnO分子結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性[J]. 王秋云,謝安東,朱正和.  原子與分子物理學(xué)報. 2006(06)

博士論文
[1]氧化鋅基半導(dǎo)體材料的拉曼光譜研究[D]. 孔晉芳.上海交通大學(xué) 2009

碩士論文
[1]外電場極化對納米氧化鋅結(jié)構(gòu)與性能的影響[D]. 李嬌.中國民航大學(xué) 2019
[2]SnO2/ZnO基氣敏材料制備及性能研究[D]. 趙方賢.中國民航大學(xué) 2017



本文編號：3143566