ZnO分级纳米结构的制备、修饰及其气敏性能研究
作者单位：安徽建筑大学
学位级别：硕士
导师姓名：金震
授予年度：2024年
学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程]
摘 要：随着现代工业社会的发展,人们对于健康问题愈加重视。为了更加有效的监测有毒有害气体,低成本、生产简单、体积小的金属氧化物半导体传感器成为一种新兴的方法。由于传感器的性能主要与敏感材料的比表面积和活性位点数量相关,而研究发现中空结构对于增大比表面积有很好的影响作用、贵金属的催化作用和溢出效应也可以有效的增多材料表面的活性位点数量。因此本文采用形貌调控和贵金属掺杂两种方法来改善ZnO基气敏材料对目标气体的性能。主要研究内容包括: (1)通过低成本、易操作的溶剂热法结合热处理,制备合成了ZnO空心花球。通过各种结构分析和形貌分析手段,对样品进行了各方面的表征分析。ZnO空心花球由超薄多孔纳米片规则地堆积而成。随着生长时间的延长,球体的尺寸也随之增大。研究了不同生长时间的ZnO空心花球的传感性能。结果发现,在最佳工作温度315℃下,生长时间为4h的ZnO空心花球在乙醇检测中表现出优异的传感性能,其在1-100 ppm的乙醇浓度范围内具有良好的线性响应。此外,基于ZnO空心花球的气体传感器还具有良好的选择性和稳定性。ZnO空心花球具有的良好的传感性能可归因于其空心结构,这种结构带来了更大的比表面积和更多的活性位点。 (2)利用阳光诱导溶剂还原法成功制备了Ag修饰的ZnO纳米花。样品经XRD、SEM、TEM和EDS对晶体结构和形貌进行了分析观察,并采用BET进行了孔径分析。此外,研究了材料的气体传感性能。结果表明,在280℃下,Ag修饰的ZnO纳米花传感器对50 ppm正丁醇的响应高达147.17,而且Ag修饰的ZnO纳米花传感器具有优异的重复性、稳定性和响应恢复时间。此外,还采用了不同的目标气体来研究Ag修饰的ZnO纳米花传感器的选择性。研究发现,Ag修饰的ZnO纳米花传感器对正丁醇具有良好的选择性。Ag修饰的ZnO纳米花传感器响应性的提高归功于Ag纳米粒子的催化作用及溢出效应。这一结果使得Ag修饰的ZnO纳米花成为一种非常有前途的正丁醇气体检测传感材料。 图[49]表[11]参考文献[126]
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