氧化物多孔納米固體氣敏傳感器的研究.pdf

1、本文中，我們利用溶劑熱壓方法制備了ZnO、TiO<,2>、ZrO<,2>多孔納米固體以 及ZnO-TiO<,2>復(fù)合多孔納米固體。在此基礎(chǔ)上，我們首次以ZnO多孔納米固體為 原料，利用傳統(tǒng)的厚膜制備工藝制備了ZnO多孔納米固體厚膜氣敏傳感器，并 對它的敏感性能進(jìn)行了表征。為了進(jìn)一步探索改善氣敏傳感器敏感性能的方法，我們又分別制備了ZnO-riO<,2>、ZnO-SnO<,2>、ZnO．ZrO<,2>、ZnO-Ga<,2>O<,3>

2、和ZnO-Co<,3>O<,4> 復(fù)合多孔納米固體厚膜氣敏傳感器，并對它們進(jìn)行了測試分析，對有關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行 了初步的解釋。作為改善傳感器性能的另一個嘗試，本文還研究了水熱預(yù)處理納 米粉對厚膜氣敏傳感器敏感性能的影響。 (1)我們利用溶劑熱壓方法成功制備了ZnO、TiO<,2>和ZrO<,2>多孔納米固體，并對其性能進(jìn)行了測試分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：改變?nèi)軇┑挠昧俊⒎N類以及實(shí)驗(yàn)過程中的熱壓壓力，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)控這些多孔納米固體

3、的孔徑、孔容和比表面積，其中溶劑的種類影響最大。用去離子水制備的多孔納米固體主孔徑、孔容和比表面積都比較小，而用乙醇等制備的多孔納米固體的主孔徑、孔容和比表面積相對較大。此外，ZnO、TiO<,2>和ZrO<,2>多孔納米固體都具有較高的熱穩(wěn)定性。 為了給研制復(fù)合型多孔納米固體氣敏傳感器作準(zhǔn)備，我們制備了ZnO-TiO<,2>復(fù)合多孔納米固體。從實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)：在納米粉總量固定且溶劑用量相同的情況下，原料中TiO<,2>納

4、米粉的比例越大，ZnO-TiO<,2>復(fù)合多孔納米固體的孔徑、孔容和比表面積就越大，而且樣品具有較高的熱穩(wěn)定性。 (2)為了解決以ZnO納米粉為原料制備厚膜氣敏傳感器時存在的本征電阻(傳感器在空氣中的電阻)過高、工作穩(wěn)定性差等一系列問題，我們以ZnO多孔納米固體為原料，利用傳統(tǒng)的厚膜氣敏傳感器制備工藝制備了ZnO多孔納米固體厚膜氣敏傳感器。測試結(jié)果表明：與直接用ZnO納米粉制備的厚膜氣敏傳感器相比，用ZnO多孔納米固體制備的

5、厚膜氣敏傳感器的本征電阻Ra明顯降低，器件工作的穩(wěn)定性顯著改善。同時，器件的最佳工作溫度降低、對乙醇蒸氣的選擇性提高，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間也大大縮短。 (3)為進(jìn)一步改善ZnO厚膜氣敏傳感器的敏感性能，我們以前面研制的五種復(fù)合型多孔納米固體為原料，同樣利用傳統(tǒng)的厚膜氣敏傳感器制備工藝制備了復(fù)合多孔納米固體氣敏傳感器，并將它們與ZnO多孔納米固體厚膜氣敏傳感器進(jìn)行了同步測試。結(jié)果表明：在ZnO中摻雜其他納米粉制成復(fù)合型多孔納米

6、固體后，有效地抑制了燒結(jié)過程中ZnO納米顆粒的熔聯(lián)和長大，并且有利于降低ZnO多孔納米固體厚膜傳感器的本征電阻。其中，當(dāng)SnO2納米粉的含量為lOwt.％時，傳感器的最佳工作溫度顯著降低，ZnO中含有少量的TiO<,2>，ZrO<,2>和Ga2O<,3>納米粉時，厚膜氣敏傳感器的最佳工作溫度升高，但加入少量CO<,3>O<,4>納米粉卻對傳感器的最佳工作溫度沒有影響。 (4)為了探索改善器件敏感性能的其他方法，我們分別對ZnO和