本文選題：ZnO納米棒　切入點(diǎn)：溶液煅燒法　出處：《西北師范大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：ZnO作為一種新型的半導(dǎo)體材料,它的直接帶隙是3.37 ev,激子束縛能是60 mev,其較寬的帶隙便于我們實(shí)現(xiàn)離子摻雜。其次,ZnO成本非常低廉且具有環(huán)境友好和生物兼容的特性,使得ZnO在很多方面都有廣泛的應(yīng)用,比如太陽(yáng)能電池,紫光探測(cè)器,透明電極,傳感器等等。到目前為止,已經(jīng)有很多合成手段和改性技術(shù)制備出不同尺寸和形貌的ZnO微納米材料。而不同的形貌尺寸又在一定程度上影響著ZnO基傳感器的應(yīng)用,所以本論文以醋酸鋅、氨水為原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為表面活性劑,乙醇和水為溶劑,按照一定的摩爾比制備出溶液,然后在退火爐中以500°C退火1.5 h,制備出介觀結(jié)構(gòu)下的ZnO納米棒。制備出的納米棒作為本論文的第一部分工作,也是本論文開展工作的基礎(chǔ),以制備出的納米棒為基礎(chǔ),通過(guò)改變退火時(shí)間和前驅(qū)液種類優(yōu)化Zn O形貌,并且研究了不同形貌的氣敏特性,分析了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),重點(diǎn)分析了形貌對(duì)提高氣敏特性的原因,并運(yùn)用理論觀點(diǎn)印證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性。主要的研究工作內(nèi)容和結(jié)果如下:1.使用簡(jiǎn)單的溶液煅燒法制備出介觀下棒長(zhǎng)約為1μm,直徑約為90 nm的ZnO一維納米棒,并用X射線衍射譜(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射掃描電鏡(TEM)等技術(shù)手段對(duì)制備的樣品進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)的分析。結(jié)果表明,所制備的樣品是Zn O六角纖鋅礦結(jié)構(gòu),形貌是典型的1D納米棒,晶格間距是0.259 nm,對(duì)應(yīng)于(100)晶面。在納米棒的生長(zhǎng)過(guò)程中,氨水和PVP起了關(guān)鍵的作用;基于這種介觀結(jié)構(gòu)的傳感器在最佳溫度為420°C下對(duì)丙酮探測(cè)表現(xiàn)出了良好的氣敏特性。對(duì)低濃度的丙酮有較快的響應(yīng)和較大的敏感度,這一點(diǎn)使得在丙酮傳感器中有良好的應(yīng)用。2.在1D ZnO納米棒的基礎(chǔ)上,通過(guò)改變退火時(shí)間,制備出退火時(shí)間為1.5 h,2.0 h和2.5 h的三種樣品,樣品形貌分別為一維納米棒,三維納米花和雜亂無(wú)章的毛線團(tuán)狀的ZnO納米結(jié)構(gòu)。對(duì)這3個(gè)樣品經(jīng)過(guò)對(duì)氣敏的敏感度、選擇性、工作溫度的測(cè)試,結(jié)果發(fā)現(xiàn),退火時(shí)間為2.0 h的ZnO納米花狀的材料對(duì)乙醇的氣敏特性最好,降低了最佳工作溫度(T=360°C),響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間最短(9s/12s),而且對(duì)乙醇具有良好的選擇性;這一系列優(yōu)異的乙醇?xì)饷籼匦詺w結(jié)于3D多層結(jié)構(gòu)提供了更多的活性點(diǎn),使得氣體與吸附氧發(fā)生反應(yīng)的速率增大,同時(shí),也是因?yàn)?D多層結(jié)構(gòu)的比表面積最大,經(jīng)過(guò)BET測(cè)試,納米花的比表面積是35.66 m2/g,而納米棒和毛線團(tuán)的納米結(jié)構(gòu)的比表面積分別是20.19和4.31 m2/g。3.在一維納米棒的基礎(chǔ)上,將原料醋酸鋅替換成硝酸鋅(Zn(NO3)2·6H2O),將一維納米棒形貌優(yōu)化成多孔的蜂窩狀形貌,樣品呈現(xiàn)的是大量不規(guī)則的顆粒堆積而成的一層層帶有孔洞的蜂窩狀形貌,這種多孔形貌有利于氣體的吸附和解附,在對(duì)冰乙酸的測(cè)試中,在370°C下,發(fā)現(xiàn)基于這種形貌的傳感器響應(yīng)高、快,響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間為14 s和9 s;而且選擇性、穩(wěn)定性和重復(fù)性較好,可以用來(lái)作為探測(cè)冰乙酸的良好材料。另外,氣敏特性的提高歸結(jié)于多孔的形貌提供了更多的活性點(diǎn)和氣體擴(kuò)散通道,增加了樣品的比表面積。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;TQ132.41

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本文編號(hào)：1625978