ZnO基納米棒陣列氣敏材料合成與性能.pdf

1、ZnO是最早使用的氣敏材料之一，對還原性氣體或可燃性氣體具有良好的氣敏性能。ZnO顆粒和薄膜的氣敏性能已經(jīng)得到了廣泛的研究，但普遍存在靈敏度低、選擇性差等缺點(diǎn)。ZnO納米棒等一維納米材料具有比薄膜更大的比表面積并且能克服顆粒在高溫下容易團(tuán)聚的缺點(diǎn)，顯示出優(yōu)良的氣敏性能。對這些一維納米材料進(jìn)行摻雜改性，可有效改善和提高其氣敏性能。
　　 本文采用兩步化學(xué)溶液法在氧化鋁陶瓷管上先生長出ZnO納米棒陣列，然后制備出ZnO：Al3+和Z

2、nO：Au納米棒陣列體系。結(jié)果表明，ZnO納米棒長度為約1.1μm，直徑在40-80nm之間，呈c軸取向，晶體結(jié)構(gòu)為六方纖維鋅礦結(jié)構(gòu)。ZnO和ZnO：Al3+納米棒陣列體系對乙醇和LPG氣敏性能研究表明，Al3+的摻雜濃度在0.25 wt％（Al/Zn），時(shí)，元件達(dá)到最佳靈敏度；ZnO：Al3+納米棒陣列在工作溫度為340-380℃時(shí)，具有最佳的氣敏性能；氣敏元件對1000 ppm LPG和乙醇的靈敏度分別為11.5和32.8，同時(shí)，氣

3、敏元件對1000 ppm LPG和乙醇的響應(yīng)時(shí)間分別小于30 s和20 s。與純ZnO納米棒陣列相比可知，Al3+摻雜能提高ZnO納米棒陣列對LPG和乙醇的氣敏性能。對ZnO：Au納米棒陣列體系的氣敏性能研究表明，當(dāng)Au納米顆粒尺寸為11 nm時(shí)，ZnO：Au納米棒陣列元件達(dá)到最高靈敏度，最佳工作溫度在300-340℃左右；ZnO：Au納米棒陣列體系對乙醇與LPG表現(xiàn)出優(yōu)良的氣敏性能，并且對乙醇有較高的選擇性；氣敏元件對100 ppm乙

4、醇的靈敏度已達(dá)到63.5，當(dāng)乙醇濃度降低到10 ppm，元件靈敏度仍然接近6.5，對10 ppm乙醇的響應(yīng)時(shí)間約為15 s；氣敏元件對500 ppm LPG的靈敏度為36.2，響應(yīng)時(shí)間小于30 s；另外，ZnO：Au納米棒陣列體系對甲醛也表現(xiàn)出良好的氣敏性能，氣敏元件對500 ppm甲醛的靈敏度為35.6。對ZnO納米棒陣列及復(fù)合體系的浸潤性研究表明，ZnO和ZnO：Al3+納米棒陣列均表現(xiàn)出疏水性，ZnO：Al3+納米棒陣列體系的接觸