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1、分類號(hào)：TP212單位代碼：10183研究生學(xué)號(hào)：2015514011密級(jí)：公開(kāi)吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文（專業(yè)學(xué)位）分等級(jí)氧化鋅基復(fù)合納米材料的制備及其氣敏特性研究Preparationandgas-sensingperformancesofhierarchicalarrayscompositenanooxidesbasedonZnOnanostructures作者姓名：李丹類別：工程碩士領(lǐng)域（方向）：集成電路工程指導(dǎo)教師：康博南教授培養(yǎng)單位：電子科學(xué)與工程學(xué)院2018年5月————————————————————————————
2、————————————分等級(jí)氧化鋅基復(fù)合納米材料的制備及其氣敏特性研究————————————————————————————————————————Preparationandgas-sensingperformancesofhierarchicalarrayscompositenanooxidesbasedonZnOnanostructures作者姓名：李丹領(lǐng)域（方向）：集成電路工程指導(dǎo)教師：康博南教授學(xué)位類別：專業(yè)碩士論文答辯日期：2018年5月25日未經(jīng)本論文作者的書面授權(quán)，依法收存和保管本論文書面版本、電子版本
3、的任何單位和個(gè)人，均不得對(duì)本論文的全部或部分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)博士（或碩士）學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研宂工作所取得的成果。除文中己經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研宂做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
4、學(xué)位論文作者簽名：１ｆｔ日期：年Ｓ月艿日中文摘要分等級(jí)氧化鋅基復(fù)合納米材料的制備及其氣敏特性研究隨著人們生活水平和生活質(zhì)量的提高，對(duì)環(huán)境污染、食品安全和醫(yī)療健康等問(wèn)題日益關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)相關(guān)領(lǐng)域的氣體檢測(cè)，高靈敏度、良好選擇性和穩(wěn)定性的氣體傳感器的需求逐年增加。氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器具有靈敏度高、廉價(jià)易得、穩(wěn)定性好、選擇性好等優(yōu)點(diǎn),一直是氣體傳感領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。高性能氧化物半導(dǎo)體式氣體傳感器的性能主要依賴于敏感材料的形貌、微觀結(jié)構(gòu)以及組分。近年來(lái)，納米科技的發(fā)展為敏感材料的研究和材料微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了新的動(dòng)力。氧化鋅
5、（ZnO）是一種典型的N型半導(dǎo)體氧化物，在氣體傳感領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。本文首先通過(guò)超聲噴霧熱解法在FTO襯底上生長(zhǎng)ZnO納米棒，再通過(guò)簡(jiǎn)單的水浴反應(yīng)在氧化鋅納米棒的表面復(fù)合NiO、CuO等P型半導(dǎo)體，利用半導(dǎo)體氧化物復(fù)合的方式對(duì)其氣敏特性進(jìn)行改性，實(shí)現(xiàn)改善傳感器的性能。主要研究?jī)?nèi)容如下：使用自制的簡(jiǎn)易超聲噴霧系統(tǒng)在FTO襯底上制備形貌均一的ZnO納米棒陣列。ZnO納米棒表面光滑、沒(méi)有雜質(zhì)，并且納米棒的底部直徑比較大，頂部直徑比較小，平均直徑在300nm，長(zhǎng)度為5μm。纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO是鋅原子與氧原子六方密堆積結(jié)構(gòu)，主要包
6、括富氧正極性面、富鋅的負(fù)極性面和平行于[0001]方向的納米面，由于納米面具有更低的表面能和更高的穩(wěn)定性，所以ZnO晶體沿著[0001]方向擇優(yōu)生長(zhǎng)，最終形成棒狀結(jié)構(gòu)。為了獲得高性能的氣體傳感器，我們將上述實(shí)驗(yàn)中獲得的ZnO納米棒通過(guò)水浴反應(yīng)復(fù)合NiO納米片，便獲得了ZnO/NiO核殼納米結(jié)構(gòu)。這種ZnO/NiO核殼納米結(jié)構(gòu)以ZnO納米棒為主干，NiO納米片嵌入在ZnO納米棒的表面，呈現(xiàn)疏松多孔的形貌，并且可以通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間來(lái)改變氧化鎳納米片的形貌。“定向附著”和“自組裝”過(guò)程可以說(shuō)明氧化鎳納米片的生長(zhǎng)機(jī)理。由ZnO/NiO
7、復(fù)合材料制作的傳感器對(duì)乙醇有良好的敏感特性。在200℃下，對(duì)100ppm乙醇響應(yīng)是80%。通過(guò)運(yùn)用這兩種方法合成過(guò)渡金屬氧化物分等級(jí)納米陣列在氣體傳感器方面有很好的應(yīng)用前景。簡(jiǎn)單的超聲噴霧法與化學(xué)浴淀積相結(jié)合的方法合成ZnO/CuO納米管，納米管的內(nèi)部為六方晶系結(jié)構(gòu)的ZnO，外面是單斜晶體結(jié)構(gòu)的CuO納米顆粒形成的殼。奧斯瓦爾德生長(zhǎng)機(jī)理可以解釋納米管的生長(zhǎng)機(jī)理。結(jié)果表明，相比于ZnO納米棒制備出來(lái)的傳感I器，基于ZnO/CuO納米管制備出來(lái)的傳感器對(duì)H2S表現(xiàn)出更好氣敏特性。在50℃較低的溫度下，對(duì)20ppmH2S靈敏度達(dá)到4
8、2%，當(dāng)有H2S氣體被注入時(shí)，ZnO/CuO納米管結(jié)構(gòu)的傳感器所需的響應(yīng)時(shí)間僅為37s，恢復(fù)過(guò)程所需的時(shí)間約為94s。而ZnO/CuO納米棒結(jié)構(gòu)的傳感器所需的響應(yīng)時(shí)間為122s，恢復(fù)時(shí)間很慢，且不能恢復(fù)到初始狀態(tài)。此外，該傳感器具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)性。實(shí)驗(yàn)表明，這種管狀的結(jié)
