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《退火時間和前驅(qū)液種類對zno納米棒形貌和氣敏特性的優(yōu)化》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要ZnO作為一種新型的半導(dǎo)體材料，它的直接帶隙是3.37ev，激子束縛能是60mev，其較寬的帶隙便于我們實現(xiàn)離子摻雜。其次，ZnO成本非常低廉且具有環(huán)境友好和生物兼容的特性，使得ZnO在很多方面都有廣泛的應(yīng)用，比如太陽能電池，紫光探測器，透明電極，傳感器等等。到目前為止，已經(jīng)有很多合成手段和改性技術(shù)制備出不同尺寸和形貌的ZnO微納米材料。而不同的形貌尺寸又在一定程度上影響著ZnO基傳感器的應(yīng)用，所以本論文以醋酸鋅、氨水為原料，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為表面活性劑，乙醇和水為溶劑，按照一定的摩爾比制備出溶液，然后在退火爐中以500°C退火1
2、.5h，制備出介觀結(jié)構(gòu)下的ZnO納米棒。制備出的納米棒作為本論文的第一部分工作，也是本論文開展工作的基礎(chǔ)，以制備出的納米棒為基礎(chǔ)，通過改變退火時間和前驅(qū)液種類優(yōu)化ZnO形貌，并且研究了不同形貌的氣敏特性，分析了實驗數(shù)據(jù)，重點分析了形貌對提高氣敏特性的原因，并運用理論觀點印證了實驗數(shù)據(jù)的合理性。主要的研究工作內(nèi)容和結(jié)果如下：1.使用簡單的溶液煅燒法制備出介觀下棒長約為1μm，直徑約為90nm的ZnO一維納米棒，并用X射線衍射譜（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射掃描電鏡（TEM）等技術(shù)手段對制備的樣品進行了形貌和結(jié)構(gòu)的分析。結(jié)果表明，所制
3、備的樣品是ZnO六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，形貌是典型的1D納米棒，晶格間距是0.259nm，對應(yīng)于（100）晶面。在納米棒的生長過程中，氨水和PVP起了關(guān)鍵的作用；基于這種介觀結(jié)構(gòu)的傳感器在最佳溫度為420°C下對丙酮探測表現(xiàn)出了良好的氣敏特性。對低濃度的丙酮有較快的響應(yīng)和較大的敏感度，這一點使得在丙酮傳感器中有良好的應(yīng)用。2.在1DZnO納米棒的基礎(chǔ)上，通過改變退火時間，制備出退火時間為1.5h，2.0h和2.5h的三種樣品，樣品形貌分別為一維納米棒，三維納米花和雜亂無章的毛線團狀的ZnO納米結(jié)構(gòu)。對這3個樣品經(jīng)過對氣敏的敏感度、選擇性、工作溫度的測
4、試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，退火時間為2.0h的ZnO納米花狀的材料對乙醇的氣敏特性最好，降低了最佳工作溫度（T=360°C），響應(yīng)恢復(fù)時間最短（9s/12s）,而且對乙醇具有良好的選擇性；這一系列優(yōu)異的乙醇氣敏特性歸結(jié)于3D多層結(jié)構(gòu)提供了更多的活性點，使得氣體與吸附氧發(fā)生反應(yīng)的速率增大，同時，也是因為3D多層結(jié)構(gòu)的比表面積最大，經(jīng)過BET測試，納米花的比表面積是35.66m2/g,而納米棒和毛線團的納米結(jié)構(gòu)的比表面積分別是20.19和4.31m2/g。I萬方數(shù)據(jù)3.在一維納米棒的基礎(chǔ)上，將原料醋酸鋅替換成硝酸鋅（Zn(NO3)2·6H2O），將一維納米棒
5、形貌優(yōu)化成多孔的蜂窩狀形貌，樣品呈現(xiàn)的是大量不規(guī)則的顆粒堆積而成的一層層帶有孔洞的蜂窩狀形貌，這種多孔形貌有利于氣體的吸附和解附，在對冰乙酸的測試中，在370°C下，發(fā)現(xiàn)基于這種形貌的傳感器響應(yīng)高、快，響應(yīng)恢復(fù)時間為14s和9s；而且選擇性、穩(wěn)定性和重復(fù)性較好，可以用來作為探測冰乙酸的良好材料。另外，氣敏特性的提高歸結(jié)于多孔的形貌提供了更多的活性點和氣體擴散通道，增加了樣品的比表面積。關(guān)鍵詞：ZnO納米棒，溶液煅燒法，形貌優(yōu)化，氣敏特性，比表面積II萬方數(shù)據(jù)AbstractZnOisanew-typesemiconductorwiththed
6、irectbandgapof3.37evandtheexcitingbindingenergyof60mevsothatitiseasytobeadopted.Further,itischeap,enviromentallyfriendlyandbiocompatible,whichleadsthatZnOhasmanywidelyapplicationsuchassolar-cells,purplelightdetector,transparentelectrode,gassensorsandsoon.Assofar,therehasbee
7、nmanymethodsandmodifiedtechniquetofabricatediverseZnOnanostructurewithdifferentsizeandshape.Further,differentmorphologyaffectstheapplicationoftheZnOgassensor.Inthispaper,weusedzincacete(Zn(CH3COO)2·2H2O)andammoniawaterasrawmaterial,polyvinylpyrrolidone(PVP)assurfactant,etha
8、nolanddeionizedwaterassolvent,thenaccrodingtothecertainmoleratio,thepreparedsoluti
