發(fā)布時(shí)間：2019-01-16 00:12

【摘要】：近幾十年,無機(jī)金屬氧化物材料如ZnO在氣體檢測領(lǐng)域運(yùn)用得到了深入研究,這類材料氣敏響應(yīng)性能優(yōu)異、價(jià)格低廉且可以與微電子電路兼容。但基于金屬氧化物半導(dǎo)體材料的傳感器往往需要安裝額外加熱裝置,無法用于易燃?xì)怏w的檢測,同時(shí)選擇性也較差,這些缺陷極大限制了其廣泛使用。聚合物材料如PANI(聚苯胺)等用于氣體檢測時(shí)可工作在室溫條件下。在制備PANI材料過程中使用摻雜、改性等手段,可以靈活調(diào)節(jié)聚合物的氣敏性能,使其可以僅僅對特定氣體具有良好的響應(yīng)。本文主要思路是通過將無機(jī)金屬氧化物半導(dǎo)體材料與聚合物結(jié)合,合成復(fù)合材料,制備納米復(fù)合敏感薄膜,最大程度發(fā)揮兩種材料之間的協(xié)同作用、納米尺度下表面效應(yīng)等,克服固有缺陷,降低器件工作溫度,盡可能優(yōu)化對檢測對象的敏感特性,改進(jìn)對特定氣體的選擇性。此外,文章也使用紫外光照射手段改善金屬氧化物半導(dǎo)體、復(fù)合薄膜室溫氣敏性能。主要研究了所制備敏感薄膜室溫下的NH_3、NO_2敏感特性,使用SEM、XRD、UV-vis、FT-IR等手段表征分析本文所制備敏感材料的表面形貌、內(nèi)在微觀結(jié)構(gòu),為氣敏性能改善提供有力支撐。(1)首先,本文用簡單的一步水熱法在潔凈叉指電極上制備ZnO納米棒陣列,用噴涂法將PANI分散液沉積在ZnO薄膜表面,制備ZnO-PANI納米復(fù)合薄膜,研究薄膜室溫NH_3敏感特性。同時(shí),使用噴涂法沉積單層ZnO、PANI薄膜,測試、對比、分析各薄膜傳感器的氣敏響應(yīng)。其次,改變納米棒水熱生長時(shí)間,對比分析不同形貌、結(jié)構(gòu)對復(fù)合薄膜氣敏性能的影響。最后,進(jìn)一步探索復(fù)合薄膜對多種干擾對象的響應(yīng)情況。研究結(jié)果表明,六方纖鋅礦ZnO納米棒垂直生長在基片表面,納米棒之間相互接觸連接且存在一些納米尺度縫隙,紅外光譜表明ZnO與PANI之間有一定相互作用。ZnO-PANI薄膜和PANI薄膜接觸NH_3后電阻均增加,由于納米棒比表面積極大,可以提供充足的吸附位點(diǎn),同時(shí)有機(jī)無機(jī)材料之間形成p-n結(jié),降低了氣體吸附所需活化能,所以前者對NH_3氣敏響應(yīng)更為出色。隨著水熱時(shí)間增加,納米棒垂直高度顯著增加。納米棒陣列表面平整度變差,縫隙變大,更易于氣體分子擴(kuò)散,復(fù)合薄膜對NH_3的靈敏度得以提升。水熱時(shí)間每增加1.5 h,靈敏度增加10%。(2)本文又以ZnO納米顆粒為敏感材料,制備ZnO納米薄膜,探究了薄膜在紫外光照射下NO_2敏感特性。其次,加入PANI材料,制備不同結(jié)構(gòu)、不同參數(shù)條件的ZnO-PANI復(fù)合薄膜,研究所用工藝條件對器件性能的影響,確定最佳結(jié)構(gòu)、參數(shù)。然后,測試最佳參數(shù)條件敏感薄膜對多種干擾氣體響應(yīng),評估期器件選擇性。最后,提出紫外光增強(qiáng)NO_2傳感器的敏感機(jī)理。研究結(jié)果表明,紫外光激發(fā)可以增加ZnO材料中的載流子濃度,改善敏感材料表面活性,使其獲得良好室溫NO_2氣敏表現(xiàn)。對于純ZnO薄膜而言,隨著沉積量增加,納米粒子出現(xiàn)團(tuán)聚,無法充分吸收紫外光,氣敏響應(yīng)值出現(xiàn)一定程度下降。ZnO-PANI復(fù)合薄膜綜合了ZnO和PANI材料的優(yōu)勢,在獲得良好氣敏響應(yīng)同時(shí)降低基線漂移。保持敏感材料使用量相同,電阻值大小合適的PANI-ZnO分層結(jié)構(gòu)薄膜的氣敏性能最佳。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2409253