隨著空氣污染越來(lái)越嚴(yán)重和人類安全的迫切需要,生產(chǎn)和制造性能卓越的氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。具有特殊微納結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體金屬氧化物不僅被廣泛應(yīng)用于能量存儲(chǔ)、光催化和鐵電材料等領(lǐng)域,而且作為核心敏感材料在金屬氧化物半導(dǎo)體型氣體傳感器中也展現(xiàn)了令人滿意的性能。相比于傳統(tǒng)粉體材料而言,納米材料具有較為獨(dú)特的幾何/外形/結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。盡管如此,這類材料的靈敏度,選擇性與響應(yīng)恢復(fù)速度不能同時(shí)滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)揮發(fā)性有機(jī)氣體與時(shí)俱進(jìn)的迫切需求。因此,進(jìn)一步地提高金屬氧化物半導(dǎo)體型氣體傳感器綜合性能亟待解決。從納米材料的角度來(lái)看,金屬氧化物半導(dǎo)體型氣體傳感器綜合性能的提升不能僅僅地依賴于先進(jìn)的電子電路系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)之上,“在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上,如何以氣體傳感器性能提高為目的導(dǎo)向性地設(shè)計(jì)與合成性能優(yōu)越的半導(dǎo)體金屬氧化物納米材料”也不可或缺。納米結(jié)構(gòu)中的孔洞不僅可以增加材料的比表面積,為化學(xué)反應(yīng)提供更多的活性位點(diǎn),而且可以為目標(biāo)氣體分子的傳輸和擴(kuò)散提供通道,被測(cè)目標(biāo)氣體分子可以以納米孔洞為通道迅速到達(dá)敏感材料的活性位點(diǎn)上。而在氣體傳感器實(shí)際應(yīng)用中,較高的加熱測(cè)試溫度會(huì)引起納米顆粒之間相互團(tuán)聚和生長(zhǎng)聚合,形成... 

【文章來(lái)源】：華中師范大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２旁熱式陶瓷管式氣體傳感器原件結(jié)構(gòu)示意圖

崳姡模希茫裕希遙粒蹋牐模桑櫻櫻牛遙裕粒裕桑希危崳?層厚度為ｘ〇，如圖１．７所示。用Ｒ表示單個(gè)顆粒總電阻，Ｒ２表示外部導(dǎo)電層電阻，１１３表示體電??阻，Ｒｉ和Ｒ４表不顆粒間接觸電阻，那么：??－?Ｒ?＝?Ｒｉ＋｜ｔ｜＋Ｒ４?（公式?１．７）??第三個(gè)假設(shè)，Ｄ？ｘ〇，這意味著顆粒尺寸遠(yuǎn)大于德拜深度（Ｄｅｂｙｅ?ｌｅｎｇｔｈ，?Ｌｄ）。Ｈ為電子遷移??率，ＰＢ為未發(fā)生空穴濃度變化區(qū)域中的平均空穴濃度，Ｐｓ為空穴增加層中的平均空穴濃度：??（ａ）?（ｂ）?ｊ?（ｃ）??Ｒ，?３??圖１．７金Ｍ氧化物顆粒簡(jiǎn)化模型，用于計(jì)算顆粒電阻：（ａ）立方體模型，（ｂ）各個(gè)部分之間的導(dǎo)電電路示意圖（ｃ）??顆粒的等效直流電路［１４Ｌ??Ｆｉｇ．?１．７?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｅｔａｌ?ｏｘｉｄｅ?ｇｒａｉｎｓ，?ｕｓｅｄ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｇｒａｉｎ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：?ｌｅｆｔ，?ｔｈｅ?ｃｕｂｉｃ??ｇｒａｉｎ?ｍｏｄｅｌ；?ｃｅｎｔｅｒ，?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｇｒａｉｎ?ｐａｒｔｓ；?ｒｉｇｈｔ，?ｔｈｅ?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?ＤＣ??ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｇｒａｉｎ［１４］．??Ｒｉ＝＾ｘ＾＝Ｒ＾?（公式?１．８）??＇（公式?ｉ．９）??（公式ｌｌ０）??將所有的電阻都用ｒｂ來(lái)表示：??Ｒｉ

ＤＯＣＴＯＲＡＬ?ＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ?????化系數(shù)根據(jù)具體的模型參數(shù)而定，如圖１．８所示）。那么：??ｒ＝Ｒｂ（ＳｘＳ＋ｔ４ｉ）?（公式Ｕ４）??為了分離括號(hào)內(nèi)的兩項(xiàng)，我們需要計(jì)算Ｐｓ。在一維無(wú)限長(zhǎng)模型中：??Ｐｓ?＝?士Ｃ?Ｐ〇〇ｄｘ?＝?ｉ?Ｊ０Ｘ°?ｐｂｅｘｐ?（蓋）ｄｘ?（公式?１?＿?１５）??第五個(gè)假設(shè)，費(fèi)米能級(jí)遠(yuǎn)離價(jià)帶邊緣。使用玻爾茲曼常數(shù)，將一維轉(zhuǎn)變到三維情況：??［〇〇？〇〇］??ｒｒｎ?…ｒｒｐ??｜?；?Ｃ?Ｉ?Ｉ?１??Ｌ．?？：■—Ｉ?．?－１?＾—，—??圖１．８理論計(jì)算導(dǎo)電模型示意圖Ｊ：圖，實(shí)際敏感層；（ｂ）中圖，立方顆粒最大接觸模型；（ｃ）下圖：立方顆??粒部分接觸模型［１４］。??Ｆｉｇ．?１．８?Ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌｓ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌｉｎｇ：?ｕｐｐｅｒ?ｐａｒｔ，?ｔｈｅ?ａｃｔｕａｌ?ｓｅｎｓｉｎｇ?ｌａｙｅｒ；??ｃｅｎｔｅｒ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]ZnO-CuO納米復(fù)合氧化物的制備及其氣敏性能[J]. 范會(huì)濤,曾毅,楊海濱,鄭學(xué)軍,劉麗,張彤.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2008(07)



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