發(fā)布時間：2018-01-03 16:25

  本文關鍵詞：ZnO:Cd納米棒陣列光學氫敏性能研究　出處：《重慶師范大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： ZnO:Cd納米棒陣列 Cd摻雜 水熱法 光學氫敏性能

【摘要】：氫氣是目前公認的具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕G色能源,但氫氣的提取,運輸和儲存也存在巨大的安全隱患,因此對氫氣泄露的監(jiān)測是氫能研究開發(fā)領域的一個主要課題,而其中最重要的就是室溫氫氣氣敏傳感器的研發(fā)。在氫敏材料研究領域,已有研究發(fā)現(xiàn)貴金屬(Pd、Pt)摻雜ZnO能增強傳感器的性能,一維ZnO納米材料也有良好的氫敏性能,但它們大都為電阻型氣敏傳感器,且其工作溫度都在150℃以上。我們實驗室前期研究發(fā)現(xiàn)一維ZnO:Cd納米材料不僅穩(wěn)定性好,且工作溫度可降低到80℃。本研究旨在前期研究的基礎上改進材料及器件結構,探索室溫下非加電光學氫敏傳感器的實現(xiàn)。本文采用兩步法制備ZnO納米棒陣列,其中磁控濺射法用于制備厚度約為50nm的ZnO種子層,低溫水熱法用于制備ZnO:Cd納米棒陣列,通過控制Cd在ZnO中的摻雜含量和材料的生長時間調整納米棒的直徑和長度。Cd的摻雜濃度分別為0%,2%,4%,6%,生長時間調控分別為0.5h,1h,2h,3h。采用XRD,SEM,分光光度計分別對其晶體結構,表面形貌,光學性能進行了分析研究,并將ZnO:Cd納米棒陣列制備成光學氣敏傳感器(18mm×18mm×4mm),對其光學氫敏性能進行了測試分析。XRD及SEM分析表明生長為2小時的不同摻雜濃度的ZnO:Cd納米材料為定向生長的納米棒陣列,所有薄膜都由縱向生長的納米棒組成,其中2%Cd摻雜ZnO:Cd(記做ZnO:Cd-2)納米棒陣列的納米棒尺寸最小,比表面積最大,納米棒陣列棒間分布間隙最大。在通過改變ZnO:Cd-2的生長時間來調控納米棒的研究中發(fā)現(xiàn),納米棒隨生長時間的增加基本呈線性增長,但納米棒直徑隨生長時間變化較小。研究表明,通過控制Cd的摻雜濃度,可以抑制ZnO納米棒的水平生長。透過率測試表明所有樣品在450nm到800nm之間的透過率都達到60%以上,其中Cd摻雜濃度為2%的ZnO透過率最大。對基于ZnO:Cd納米棒陣列制備的氫敏傳感器測試研究中,不同Cd摻雜濃度器件對500ppm氫氣的光學氣敏靈敏度測試結果表明,基于ZnO:Cd-2納米棒陣列的傳感器光學靈敏度最大;在工作波長為480nm下通入500ppm H2,測試了ZnO:Cd-2基傳感器的響應恢復曲線,經計算其靈敏度,響應時間和恢復時間分別為60%,17s和15s,表明其有良好的光學氫敏性能。進一步降低測試氣體濃度,得到該傳感器能有效檢測氫氣的最低濃度為100ppm,其靈敏度為20%,響應時間為16s。最后我們對其光學氣敏機理進行了分析探討。本研究中所有氫敏性能測試均在室溫下進行,與前人的研究相比靈敏度有所提高,對實際的應用提供了一種實際可行的途徑。
[Abstract]:Hydrogen is currently recognized as a renewable green energy with potential development, but the extraction, transportation and storage of hydrogen also have huge security risks. Therefore, the monitoring of hydrogen leakage is a major topic in the field of hydrogen energy research and development, and the most important one is the research and development of room temperature hydrogen gas sensor. It has been found that ZnO doped with noble metal can enhance the performance of sensors. One-dimensional ZnO nanomaterials also have good hydrogen sensitivity, but most of them are resistive gas sensors. And its working temperature is above 150 鈩，

本文編號：1374679