本文關(guān)鍵詞：準(zhǔn)定向氧化鎢納米線陣列的制備及氣敏性能研究

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【摘要】：眾所周知,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心技術(shù)之一是傳感器技術(shù),未來的世界是一個被傳感器覆蓋的世界,無處不在的傳感器將會搜集地球上的各種數(shù)據(jù)。同時,生態(tài)環(huán)境惡化是當(dāng)今世界急需解決的問題,而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將致力于解決該問題,其中傳感器的作用不言而喻。NO_2是主要的大氣污染物之一,而基于氧化鎢納米材料的氣體傳感器在檢測NO_2氣體方面已表現(xiàn)出了巨大的潛力。本文研究了準(zhǔn)定向氧化鎢納米線陣列結(jié)構(gòu)在氣敏傳感器方面的應(yīng)用,主要內(nèi)容包括準(zhǔn)定向氧化鎢納米線陣列的制備和氣敏性能的評價。本論文創(chuàng)新性地發(fā)展了一種金屬鎢薄膜原位熱氧化工藝,成功實現(xiàn)了基片表面準(zhǔn)定向氧化鎢納米線陣列的原位生長。利用該工藝制備的納米線具有粗糙定向特征,線直徑約為10-20 nm。系統(tǒng)研究了各個工藝參數(shù)對納米線形貌和結(jié)構(gòu)的影響,獲得了氧化鎢納米線的最優(yōu)制備工藝參數(shù)區(qū)間。通過表征不同氧化時間中間產(chǎn)物的形貌特征和晶相組成,建立了氧化鎢納米線的原位熱氧化生長機(jī)理模型并對納米線的成核生長過程給出了合理解釋。研究了基于準(zhǔn)定向氧化鎢納米線陣列結(jié)構(gòu)的氣體傳感器的氣敏性能,在工作溫度50-200℃范圍內(nèi)測試了傳感器對0.25-5 ppm NO_2氣體的電阻敏感響應(yīng),發(fā)現(xiàn):準(zhǔn)定向氧化鎢納米線陣列結(jié)構(gòu)基氣體傳感器的最佳工作溫度為150℃;在此最佳工作溫度下對1 ppm的NO_2響應(yīng)達(dá)到了4.4,響應(yīng)時間和恢復(fù)時間分別為78 s和32 s;具有良好的穩(wěn)定性和NO_2氣體選擇性。尤其是該納米線陣列基傳感器由于其獨特的準(zhǔn)定向性陣列結(jié)構(gòu)而顯示出非常快速的響應(yīng)與恢復(fù)特性。此外,本論文還研究了快速退火對準(zhǔn)定向氧化鎢納米線陣列結(jié)構(gòu)氣體傳感器氣敏性能的影響,發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)目焖偻嘶饤l件可以在一定程度上改善其敏感性能。
【關(guān)鍵詞】：氧化鎢 納米線 氣敏傳感器 熱氧化
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ136.13;TB383.1
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-17
• 1.1 氣敏傳感器8-11
• 1.1.1 氣敏傳感器的定義8-9
• 1.1.2 氣敏傳感器的分類9-10
• 1.1.3 氣敏傳感器的表征參數(shù)10-11
• 1.2 氧化鎢氣敏性能的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 準(zhǔn)定向氧化鎢納米線的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.4 本課題主要研究內(nèi)容和意義15-17
• 第二章 實驗部分17-26
• 2.1 樣品的制備實驗流程17-23
• 2.1.1 基底清洗17-18
• 2.1.2 濺射沉積Pt電極18
• 2.1.3 金屬鎢膜的沉積工藝18-19
• 2.1.4 熱氧化法制備準(zhǔn)定向氧化鎢納米線陣列19
• 2.1.5 退火處理19-20
• 2.1.6 樣品制備所用的主要實驗設(shè)備20-23
• 2.2 樣品微觀結(jié)構(gòu)表征23-24
• 2.2.1 SEM表征23
• 2.2.2 TEM表征23-24
• 2.2.3 EDS分析24
• 2.2.4 XRD分析24
• 2.3 氣敏性能測試24-26
• 第三章 準(zhǔn)定向氧化鎢納米線陣列的制備與氣敏性能研究26-44
• 3.1 氧化鎢納米線制備的研究26-33
• 3.1.1 熱氧化壓強(qiáng)對氧化鎢納米線制備的影響26-28
• 3.1.2 熱氧化氣氛氬氣流量對氧化鎢納米線制備的影響28-29
• 3.1.3 熱氧化時間對氧化鎢納米線制備的影響29-31
• 3.1.4 基片放置方向?qū)ρ趸u納米線制備的影響31-32
• 3.1.5 基片放置數(shù)目對氧化鎢納米線制備的影響32-33
• 3.2 熱氧化法制備準(zhǔn)定向備氧化鎢納米線的標(biāo)準(zhǔn)實驗條件33-35
• 3.3 氧化鎢納米線的生長原理35-36
• 3.4 準(zhǔn)定向氧化鎢納米線氣敏性能研究36-42
• 3.4.1 工作溫度特性與響應(yīng)靈敏度36-38
• 3.4.2 響應(yīng)時間與恢復(fù)時間38-39
• 3.4.3 傳感器的穩(wěn)定性39-40
• 3.4.4 傳感器的選擇性40-41
• 3.4.5 氧化鎢納米線的氣敏機(jī)理41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-44
• 第四章 快速退火對氧化鎢納米線影響的研究44-53
• 4.1 快速退火溫度對產(chǎn)物的影響44-47
• 4.1.1 快速退火溫度對產(chǎn)物形貌的影響44-45
• 4.1.2 不同退火溫度樣品的XRD表征45-47
• 4.2 氧氣和氮氣的比例對產(chǎn)物的影響47-48
• 4.2.1 不同退火氣氛樣品的XRD表征47-48
• 4.3 氣敏性能測試48-50
• 4.3.1 退火條件對氣敏響應(yīng)靈敏度的影響48-50
• 4.3.2 退火條件對氣敏響應(yīng)恢復(fù)速率的影響50
• 4.4 快速退火與常規(guī)退火對其氣敏性能的影響差異50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-53
• 第五章 總結(jié)與展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明59-60
• 致謝60-61

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1 王敬,熊貴光;金屬納米線陣列的光學(xué)非線性增強(qiáng)因子的分析和計算[J];光子學(xué)報;2004年02期

2 牛宇然;張輝;陳子瑜;黃沛霖;武哲;;鈷鉑納米線陣列的制備與性能研究[J];電子顯微學(xué)報;2006年06期

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本文編號：825295