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《微流控技術(shù)制備zno納米線(xiàn)陣列及其氣敏特性》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、物理學(xué)報(bào)ActaPhys.Sin.Vo1.63,No.20(2014)207102微流控技術(shù)制備Zno納米線(xiàn)陣列及其氣敏特性冰胡杰1)2)t鄧霄)2)3)桑勝波)2)李朋偉)2)李剛)2)張文棟)2)1)(太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院微納系統(tǒng)研究中心,太原030024)2)(太原理工大學(xué)新型傳感器與智能控制教育部與山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,太原030024)3)(太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院,太原030024)(2014年5月6日收到;2014年7月17日收到修改稿)利用微流控技術(shù)在微通道中制備了ZnO納米線(xiàn)陣列,通過(guò)X射線(xiàn)衍射和
2、掃描電子顯微鏡分別對(duì)納米線(xiàn)的物相和表面形貌進(jìn)行了表征.結(jié)果發(fā)現(xiàn),合成的ZnO納米線(xiàn)具有良好的c軸擇優(yōu)取向性和結(jié)晶度.同時(shí),對(duì)ZnO納米線(xiàn)陣列在丙酮、甲醇和乙醇?xì)怏w中的氣敏特性進(jìn)行了研究,測(cè)試結(jié)果表明:在最佳工作溫度(475。C)下,納米線(xiàn)陣列對(duì)200ppm(1ppm=10)丙酮?dú)怏w的最大靈敏度可達(dá)8.26,響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間分別為9和5s;通過(guò)與傳統(tǒng)水熱法制備的ZnO納米線(xiàn)的氣敏性能相比較發(fā)現(xiàn),基于微流控技術(shù)制備的納米線(xiàn)陣列具有更高的靈敏度和更快的響應(yīng)恢復(fù)速度.最后,從材料表面氧氣分子得失電子的角度對(duì)ZnO納米線(xiàn)氣敏機(jī)理進(jìn)行了
3、討論.關(guān)鍵詞:氧化鋅納米線(xiàn),微流控技術(shù),水熱法,氣敏性能PACS:71.20.Nr,91.60.Ed,81.07.GfDOI:10.7498/aps.63.207102種合成技術(shù)在基底和生長(zhǎng)液中均會(huì)形成ZnO納米1引言線(xiàn),生長(zhǎng)液中的反應(yīng)體會(huì)快速被消耗,所以ZnO納米線(xiàn)在基底表面的生長(zhǎng)速度將會(huì)受到較大的影響;氧化鋅(ZnO1作為一種寬禁帶(室溫下為另外,懸浮在生長(zhǎng)液中的納米線(xiàn)很容易黏附于基Eg=3.37eV)并且具有較高激子結(jié)合能(60meV)底表面而阻礙納米線(xiàn)的生長(zhǎng),降低器件的性能.雖的II—VI族直接帶隙半導(dǎo)體材料,廣
4、泛應(yīng)用于場(chǎng)效然采用更換生長(zhǎng)液的方法可以使上述問(wèn)題得到改應(yīng)管[,2】、氣體傳感器[0,4】、發(fā)光二極管[5,6】和太陽(yáng)善(7,l3],但是該方法增加了實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性,而能電池【7)8】等領(lǐng)域.在ZnO的眾多形貌中,由于且要獲得較長(zhǎng)的Zn0納米線(xiàn)所需的時(shí)間也會(huì)大大ZnO納米線(xiàn)具有較高的電導(dǎo)率和較大的比表面積,增加[141.被認(rèn)為是構(gòu)建超高靈敏度氣體傳感器的理想材料.基于微流控芯片制備ZnO納米線(xiàn)陣列技術(shù)具ZnO納米線(xiàn)的制備方法主要包括:化學(xué)氣相沉積有許多突出的優(yōu)勢(shì),其不但能降低反應(yīng)物的消耗、法[0J、電化學(xué)沉積法[10]和
5、水熱法[1l】等.相比較而極大提高研究對(duì)象的可控制性,而且微流控系統(tǒng)所言,由于醋酸鋅熱解法與水熱法相結(jié)合技術(shù)具有特有的持續(xù)注入生長(zhǎng)液的能力,也可以使通道內(nèi)反成本低、工藝簡(jiǎn)單和形貌更容易控制等優(yōu)點(diǎn),該技應(yīng)體的濃度保持穩(wěn)定,避免材料制備過(guò)程中過(guò)快的術(shù)廣泛地應(yīng)用于ZnO納米線(xiàn)的制備[7,12】.然而,這消耗,可有效解決生長(zhǎng)液中懸浮的Zn0納米線(xiàn)黏附國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):51205273,51205274,61340053)、山西省自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):2013021017-2)、山西省高等學(xué)??萍紕?chuàng)新基金(批準(zhǔn)號(hào):2012
6、0007)、太原理工大學(xué)校青年基金(批準(zhǔn)號(hào):2012L034)和山西省研究生優(yōu)秀創(chuàng)新基金(批準(zhǔn)號(hào):20133028)資助的課題.f通訊作者.E-mail:hujieQtyut.edu.cn◎2014中國(guó)物理學(xué)會(huì)ChinesePhysicalSocietyhttp:///wulixb.iphy.a(chǎn)c.c扎207102。1物理學(xué)報(bào)ActaPhys.Sin.Vo1.63,No.20(2014)207102于基底表面的問(wèn)題.目前,雖然基于微流控技術(shù)合2.2微流控芯片的制備成ZnO納米線(xiàn)陣列的方法已有所研究[5,16l,但是微流控
7、芯片的制備流程如圖1所示:第一步,在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)制備出較長(zhǎng)的ZnO納米線(xiàn)陣在玻璃基底表面旋涂Omnicoat輔助剝離層,然后列并應(yīng)用于氣敏特性的研究還未見(jiàn)報(bào)道.本文利再旋涂SU一82100負(fù)性光刻膠并進(jìn)行前烘:第二步,用軟光刻技術(shù)將ZnO種子層的玻璃基底集成于微利用紫外曝光機(jī)和光學(xué)掩膜板對(duì)光刻膠曝光,并進(jìn)流控芯片中,并通過(guò)微流控技術(shù)在微通道中生長(zhǎng)了行后烘處理;第三步,對(duì)曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影ZnO納米線(xiàn)陣列,對(duì)納米線(xiàn)在丙酮、甲醇和乙醇?xì)怏w中的氣敏特性進(jìn)行了研究.即可獲得所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)f寬度為0.5mm,長(zhǎng)度為14.8
8、7mn1);第四步,對(duì)微結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行抗黏劑(三2實(shí)驗(yàn)甲基一氯硅烷(TMCS))處理,并將聚二甲基硅氧烷(PDMS)預(yù)聚體澆注到其表面,然后放入干燥箱2.1種子層和生長(zhǎng)液的制備中進(jìn)行固化:第五步,將固化的PDMS通道從玻璃基底表面剝離并對(duì)其進(jìn)行打孔;第六步,利用氧等ZnO種子層的制備過(guò)程如下:首先稱(chēng)離子清洗機(jī)對(duì)PDMS