纳米ZnO薄膜的制备及气敏性研究

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当材料的尺寸达到纳米级别时,由于表面原子数增多等因素,会使一些传感器产生重要的性质影响,纳米ZnO薄膜,是近来研究气敏传感器的热点,正引起人们广泛的关注。因为ZnO气体传感器属于表面控制型传感器,所以纳米尺寸所带来的效应对于其有着重要的影响。再结合掺杂,对于气体的检测有着极大的优化作用。本文主要利用溶胶一凝胶法制备了ZnO纳米薄膜,系统地研究了纳米ZnO的结构组成,表面形貌及其气敏性能,并初步探索了气敏机理,从而得到了以下一些结果: 1.利用溶胶-凝胶法成功制备了纳米ZnO薄膜,并利用XRD,SEM,PL,及I-V等手段对样品做了表征,结果表明较低的热处理温度会产生尺寸较小的颗粒,随着温度的升高颗粒增大,颗粒的变化范围大致在十几到几十纳米左右,但同时薄膜表面也更加致密均匀。PL光谱分析表明在390nm,450nm及530nm左右都观察到了ZnO的发光峰。I-V显示当退火温度达到600℃以后电阻下降,可能是由于含氧量的增加而引起的。 2.首次从热处理温度角度来探讨利用溶胶-凝胶法制备薄膜的气敏性能,分别从烧结温度,退火温度两个角度来分析ZnO薄膜的质量,从而对气体,主要是H<,2>,CO,及C<,4>H<,10>的灵敏性。提出了颈部和晶界控制模型,探讨了晶粒尺寸大小对于颗粒电阻的影响,从而改变薄膜的气敏性能。发现了在合适的热处理条件,烧结温度在300℃左右,退火温度在600℃左右时所制得的ZnO薄膜的气敏性能最佳。 3.利用离子络合法制备了PVP与ZnO的复合薄膜,并用X射线衍射谱,扫描电子显微镜,紫外吸收光谱及红外透射光谱对不同配比的薄膜进行了表征,证明了PVP已与ZnO成功地络合。初步研究了在不同湿度情况下不同薄膜的湿敏性能,结果表明随着ZnO配比浓度的增加,薄膜的湿敏性也不断增强,发现当PVP∶ZnO配比大于1∶0.9后的性能会有所下降。
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