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《cu2 改性與zno復合的多孔硅納米線制備與氣敏性能研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、Cu2+改性與ZnO復合的多孔硅納米線制備與氣敏性能研究(申請清華大學工學碩士學位論文)培養(yǎng)單位：材料學院學科：材料科學與工程研究生：廖杰翠指導教師：苗偉副研究員二○一七年五月ThepreparationandgassensingpropertiesofCu2+modifiedandZnOcompositedporoussiliconnanowiresThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinMate
2、rialsScienceandEngineeringbyLiaoJiecuiThesisSupervisor:ProfessorMiaoWeiMay,2017摘要摘要常見的NO2氣敏材料中，多孔硅納米線（PSiNWs）具有比表面積大、工作溫度低、原材料豐富與制備工藝簡單等優(yōu)點，是制備應用型氣敏傳感器的最佳選擇之一。但多孔硅納米線對NO2的檢測靈敏度和檢測最低濃度等氣敏性能仍有較大提升空間，因此，本文分別采用了與其他氣敏材料復合及對多孔硅納米線表面改性的方式對多孔硅納米線的氣敏性能進行改善，使其對NO2的氣敏響應效果大幅提高。選擇合適制備參數(shù)（鍍銀時間、腐蝕時間
3、）使用Ag催化化學腐蝕法得到的n型多孔硅納米線能夠對ppm級別的NO2產生氣敏響應，在50ppm濃度下的最大響應值為8.9%。本文工作中通過在多孔硅納米線的表面生長ZnO納米柱，形成三種不同形貌的ZnO納米柱/PSiNWs復合異質結構，能夠在室溫下對5ppm的NO2氣體產生氣敏響應，并且將50ppm濃度下的最大響應值提高到了35.1%。ZnO納米柱復合多孔硅納米線的結構不僅增加了氣敏材料與氣體分子接觸的表面積，同時由于ZnO納米柱與多孔硅納米線接觸界面處的能帶彎曲現(xiàn)象，促進了氣敏材料內部電子向表面移動與氣體分子發(fā)生反應，提升了復合結構材料的NO2氣敏效果。另一
4、方面，復合結構中ZnO的氧空位濃度增加，不僅可作為NO2氣體分子的優(yōu)先吸附位點，也催化了材料表面氣敏反應的進行，從另一個角度促使了ZnO納米柱/PSiNWs復合結構的NO2氣敏性能的提升。為了進一步降低多孔硅納米線對NO2氣體的最低檢測濃度，本文使用Cu2+溶液浸泡的方式對多孔硅納米線進行表面改性，并在多孔硅納米線表面修飾上了適量的Cu納米顆粒。改性后的多孔硅納米線氣敏性能從n型轉變成了p型，并在NO2濃度為40ppb時即表現(xiàn)明顯的氣敏響應現(xiàn)象，將多孔硅納米線對NO2的最低檢測濃度降到了ppb級別。同時，在NO2氣體濃度為50ppm時，其最大響應值也大幅提升到
5、了50.8%。Cu2+通過與多孔硅納米線表面的Si—H鍵等發(fā)生氧化還原反應，改變了多孔硅納米線的主要載流子類型（從電子變?yōu)榭昭ǎ⑶倚揎椩诙嗫坠杓{米線表面的Cu納米顆?？勺鳛镹O2氣體分子與多孔硅納米線進行電荷交換的媒介，促進了其表面氣敏反應的進行，從而大幅提升了多孔硅納米線的NO2氣敏性能。關鍵詞：多孔硅納米線；NO2氣敏；復合結構；表面改性IAbstractAbstractAmongallNO2gassensingmaterials,poroussiliconnanowires(PSiNWs)withtheadvantagesoflargesurface
6、area,lowworkingtemperature,abundantrawmaterialsandeasyfabricationprocess,hasbeenconsideredasoneofthepromisingcandidatetomakegassensors.However,thegassensitivityandlowestdetectableconcentrationofPSiNWstoNO2canbefurtherimproved.Therefore,compositingwithothergassensingmaterialsandsurfa
7、cemodificationwereusedinthisworktoimprovethegassensingperformanceofPSiNWsandenhanceitsgassensingresponsetoNO2selectively.Withpropersynthesisparameters(silveringtimeandetchingtime),n-typePSiNWsfabricatedbyAg-assistedchemicaletchingperformedgassensingresponsetoNO2atppmlevel,andthehigh
8、estresponseto50ppmN
