納米氧化鋅-聚合物復(fù)合薄膜氣體傳感器的研究.pdf

1、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)。

2、
　　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NH3、NO2敏感特性，使用SEM、XRD、UV-vis、FT-IR等手段表征分析

3、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 NH3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)

4、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NH3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NH3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

5、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NH3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％。
　?。?）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 NO2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)，

6、評估期器件選擇性。最后，提出紫外光增強(qiáng)NO2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NO2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