紫外激發(fā)ZnO-TiO-,2-納米復(fù)合材料氣敏性能及機(jī)理分析.pdf

1、金屬半導(dǎo)體氧化物傳感器以其價(jià)格低廉、便于攜帶、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。但由于金屬半導(dǎo)體氧化物的最佳工作溫度在175℃-425℃范圍內(nèi)，因此必須設(shè)計(jì)加熱器以滿足最佳工作溫度。由此帶來了很多問題，加熱裝置不僅增加了氣敏傳感器的大小，不利于集成化，也帶來了大量的能耗，更限制了其在爆炸性氣體檢測(cè)方面的應(yīng)用。為了解決這個(gè)問題，本文希望通過引入異質(zhì)結(jié)，采用紫外激發(fā)的方式降低氣敏材料的工作溫度。
　　 本文分別以化學(xué)水熱法和機(jī)械球磨混

2、合法制備的ZnO-TiO2納米復(fù)合材料粉末作為氣敏元件的基體材料，制作厚膜型管狀氣敏元件。采用紫外光激發(fā)（波長(zhǎng)為368nm左右），研究了ZnO-TiO2氣敏元件在室溫（25℃）條件下對(duì)乙醇?xì)怏w的氣敏響應(yīng)。紫外光激發(fā)能夠引起ZnO-TiO2厚膜氣敏元件的電導(dǎo)率的急劇上升，降低了ZnO-TiO2氣敏元件的工作溫度，使ZnO-TiO2在室溫的工作條件下對(duì)100ppm的乙醇?xì)怏w有良好的氣敏響應(yīng)。XRD 測(cè)試顯示，化學(xué)水熱法和機(jī)械球磨混合法都制得

3、了ZnO-TiO2納米復(fù)合材料。在450℃ 燒結(jié)2h后沒有新相的產(chǎn)生。氣敏測(cè)試表明：純ZnO以及ZnO-TiO2厚膜氣敏元件在室溫條件下的氣敏性能是隨著光強(qiáng)的增加而增大，隨著溫度的增高而增大，隨著乙醇?xì)怏w濃度的增加也呈現(xiàn)了上升的趨勢(shì)。同時(shí)，對(duì)于機(jī)械球磨混合制得的不同摩爾配比的ZnO-TiO2氣敏元件，在TiO2含量為30%時(shí)，呈現(xiàn)出了最優(yōu)良的性能。在室溫條件、32w/m2的紫外光強(qiáng)照射下，該氣敏傳感器對(duì)100ppm的乙醇蒸汽的敏感度為0

4、.75，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他摩爾配比的氣敏傳感器。同時(shí)，對(duì)ZnO-TiO2 納米復(fù)合材料進(jìn)行了紫外吸收光譜（UV-vis）、熒光發(fā)射光譜（PL）、靜態(tài)光電流等一系列測(cè)試。結(jié)果顯示，ZnO-TiO2 納米復(fù)合材料的禁帶寬度有所降低；同時(shí)有效的異質(zhì)結(jié)連接，延長(zhǎng)了光生電子和空穴的壽命，從而增加了材料表面的載流子濃度，促進(jìn)了材料表面氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，提高了氣敏元件的氣敏性能。而通過測(cè)試材料的靜態(tài)光電流得到了其入射光子-電流轉(zhuǎn)換效率IPCE（incid