基于納米氧化鋅的濕敏石英諧振傳感器的研究.pdf

1、近年來(lái)，納米結(jié)構(gòu)材料特別是半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)材料的制備和應(yīng)用研究已經(jīng)成為眾多物理、化學(xué)、材料、電子等學(xué)科領(lǐng)域?qū)W者關(guān)注的焦點(diǎn)。納米結(jié)構(gòu)材料及其器件將會(huì)引發(fā)新的技術(shù)革命，成長(zhǎng)為二十一世紀(jì)信息技術(shù)的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。 本論文圍繞納米氧化鋅這種新型半導(dǎo)體納米材料的敏感性能，開(kāi)展了其在濕度傳感器方面的研究工作，取得了多方面創(chuàng)新性的研究成果。主要研究?jī)?nèi)容包括：通過(guò)熱蒸發(fā)法和溶膠一凝膠法分別制備了各種不同結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅。并對(duì)所制備的納米氧化鋅結(jié)構(gòu)進(jìn)行

2、了性能表征，為其應(yīng)用打好基礎(chǔ)，同時(shí)為制作基于納米氧化鋅的濕敏傳感器提供結(jié)構(gòu)豐富的敏感材料。 所研究的第一種濕度傳感器是基于石英晶振微天平(QCM)結(jié)構(gòu)的傳感器，利用熱蒸發(fā)生長(zhǎng)獲得的花狀ZnO納米結(jié)構(gòu)的比表面積大，吸附性好的特點(diǎn)，將其同QCM結(jié)合，制備出性能高的濕度敏感器件。研究從靈敏度，穩(wěn)定性，重復(fù)性等方面來(lái)研究傳感器在不同濕度情況下的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該種濕度傳感器在相對(duì)濕度(RH)30％到80％之間具有很好的靈敏度，其靈敏

3、度能達(dá)到50Hz/％RH，而且可重復(fù)性能好。證明了氧化鋅材料是一種很有前途的濕敏材料。 所研究的第二種濕度傳感器是基于石英音叉(QTF)結(jié)構(gòu)的傳感器。這個(gè)工作是首創(chuàng)性的將納米材料與音叉式晶振相結(jié)合應(yīng)用。在石英音叉的叉臂上通過(guò)溶膠一凝膠方法直接生長(zhǎng)氧化鋅納米顆粒薄膜，并應(yīng)用此薄膜作為濕敏材料。利用該薄膜的比表面積大，吸附性好的特點(diǎn)，制備出性能高的濕度敏感器件。主要從靈敏度，穩(wěn)定性，重復(fù)性，抗干擾等方面來(lái)研究傳感器在不同濕度情況下的

4、性能。研究結(jié)果表明，氧化鋅納米顆粒薄膜材料同樣是一種很有前途的濕敏材料。 最后開(kāi)展對(duì)無(wú)線傳感器的初步研究。利用基于納米氧化鋅QCM傳感器響應(yīng)速度快，輸出為數(shù)字量的特性，我們制作了一個(gè)無(wú)線傳感器系統(tǒng)原型。該傳感器有作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的價(jià)值。該無(wú)線傳感器通過(guò)RF發(fā)射模塊發(fā)射由QCM氣體傳感器感測(cè)的氣體濃度數(shù)據(jù)，并由RF接收部分完成數(shù)據(jù)記錄和分析，可以對(duì)惡劣的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)等方面的潛在應(yīng)用價(jià)值。傳輸距離為室內(nèi)100米，室外3