氧化鋅納米結(jié)構(gòu)缺陷控制與氣敏性能關(guān)系研究.pdf

1、ZnO是一種寬禁帶的金屬氧化物半導(dǎo)體，因其獨(dú)特的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，在氣敏傳感、光催化和廢水處理等領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用。因?yàn)?ZnO形貌豐富、成本低廉、無毒無害、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在氣敏傳感方向的應(yīng)用備受矚目。ZnO屬于表面電阻控制型半導(dǎo)體，氣敏響應(yīng)主要取決于表面結(jié)構(gòu)，所以具有大的比表面積的片狀結(jié)構(gòu)和有助于氣體擴(kuò)散的多孔空心結(jié)構(gòu)均有利于提高氣敏性能。此外，考慮到氧化石墨烯（GO）特殊的運(yùn)輸特性和極高的載流子遷移率，其與ZnO的復(fù)合材料也能表

2、現(xiàn)出優(yōu)良的氣敏性能。
　　本論文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1）在沒有任何模板、表面活性劑或有機(jī)溶劑的情況下，采用直接沉淀的方法在室溫下合成了平均厚度約為20 nm的氧化鋅（ZnO）納米片。為了提高熱穩(wěn)定性、調(diào)控表面本征缺陷含量，將樣品分別在200℃、400℃和600℃下煅燒，結(jié)果表明，片狀結(jié)構(gòu)可以在低于400℃下穩(wěn)定存在。光致發(fā)光譜（PL）分析顯示，ZnO-200樣品表面上存在大量的本征缺陷；氣敏測(cè)試表明，由ZnO-200納米

3、片制作的氣體傳感器在300℃下對(duì)丙酮顯示出較高的氣敏響應(yīng)和良好的選擇性。因此，我們認(rèn)為ZnO-200對(duì)丙酮顯示的靈敏度的增強(qiáng)，除了比表面積的影響外，主要起因于材料表面的本征缺陷。
　　2）通過一種簡(jiǎn)單有效、低碳環(huán)保的水浴法制備了不同氧化石墨烯含量的石墨烯/ZnO的復(fù)合體系，隨后制成氣敏器件，對(duì)其氣敏性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，摻雜0.5 mg氧化石墨烯的ZnO復(fù)合材料（ZnO-0.5 GO）在200℃下對(duì)二甲胺顯示出良好的氣敏性能。結(jié)

4、果表明，0.5 mg氧化石墨烯為最佳復(fù)合含量，并在復(fù)合過程中通過原位C摻雜形成了一些施主型雜質(zhì)缺陷，主要是CZn和Ci，這些均有利于吸附氧的增加，從而提升靈敏度，其在200℃下對(duì)1 ppm二甲胺的靈敏度可高達(dá)4.82。我們還發(fā)現(xiàn)GO/ZnO復(fù)合材料在低工作溫度下的n-p轉(zhuǎn)換主要是吸附抑制載流子傳輸引起的，而低二甲胺濃度下的n-p轉(zhuǎn)換是由于對(duì)于p型半導(dǎo)體而言，空穴濃度的降低比電子濃度的增加更為重要。
　　3）以葡萄糖和氯化鋅為原料，