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Co掺杂ZnO薄膜的制备及其对CH3COCH3响应的研究

作 者: 李美娟
导 师: 王淑兰
学 校: 东北大学
专 业: 物理化学
关键词: 电沉积 Co掺杂ZnO CH3COCH3 响应
分类号:
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 1次
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内容摘要


低浓度丙酮气体的检测在监测工业生产、食品质量、畜牧业和疾病等中有重要的作用,因此,对丙酮气体的检测很有必要性。ZnO是最早应用于气体传感器的金属氧化物半导体气敏材料之一,通过掺杂Co可以改变ZnO薄膜的表面形貌,改善对丙酮的气敏性、选择性等。本实验中以ITO玻璃为基体,采用电沉积法制备Co掺杂ZnO薄膜。通过扫描电镜(SEM)和X衍射(XRD)对其表面形态和成分进行表征。分析表明,制备的Co掺杂ZnO薄膜传感材料表面颗粒大小均匀,颗粒间空隙较多。从沉积电压、沉积温度及溶液浓度等方面优化了ZnO薄膜的制备条件。最佳制备条件如下:沉积电压为-0.9V,沉积温度为50℃,溶液浓度CZn2+=1.0mol/L, CCO2+=0.1mol/L。将Co掺杂的ZnO薄膜组装成传感器,采用直流电阻法测定了300-600℃传感器对100ppm丙酮的气敏性。结果表明,400℃C烧结的薄膜对丙酮的响应最大,为8.57,且具有较短的响应和恢复时间。在200-400℃工作温度下通过对100ppm丙酮的气敏性研究,结果发现350℃为最佳工作温度。随着丙酮气体浓度的增大,传感器对响应值增大且与气体浓度基本呈线性关系。此外,Co掺杂ZnO传感器在最佳条件下的选择性、重现性、稳定性都很好。本文还讨论了Co掺杂ZnO对CH3COCH3的响应机理。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-27
  1.1 引言  9-10
  1.2 传感器概述  10-11
  1.3 气体传感器  11-17
    1.3.1 组成与结构  11-13
    1.3.2 技术参数  13-15
    1.3.3 气体传感器的分类  15-17
  1.4 金属氧化物半导体气敏传感器  17-19
    1.4.1 研究进展  17-18
    1.4.2 气敏机理  18-19
  1.5 ZnO薄膜气敏材料简介  19-24
    1.5.1 ZnO的性质与应用  19
    1.5.2 ZnO薄膜材料的制备方法  19-22
    1.5.3 ZnO薄膜的气敏原理  22-24
  1.6 丙酮传感材料的应用及研究现状  24-26
  1.7 本课题研究的内容及意义  26-27
第2章 实验部分  27-36
  2.1 实验仪器和试剂  27-29
  2.2 实验装置图  29-31
    2.2.1 制备ZnO薄膜的实验装置图  29
    2.2.2 气体制备装置图  29-31
    2.2.3 气体检测装置图  31
  2.3 实验过程  31-36
    2.3.1 Co掺杂ZnO薄膜的制备  31-32
    2.3.2 Co掺杂ZnO薄膜的表征  32-33
    2.3.3 Co掺杂ZnO薄膜气敏性的测量  33-36
第3章 结果与讨论  36-51
  3.1 制备ZnO薄膜  36-42
    3.1.1 沉积电压  36-37
    3-1.2 沉积温度  37-38
    3.1.3 溶液浓度  38
    3.1.4 Co掺杂  38-42
  3.2 影响气体响应的因素  42-45
    3.2.1 Co掺杂量  42-43
    3.2.2 烧结温度  43-44
    3.2.3 工作温度  44-45
  3.3 传感器性能  45-49
    3.3.1 浓度-响应线性  45-46
    3.3.2 选择性  46-47
    3.3.3 重现性  47-48
    3.3.4 稳定性  48-49
  3.4 CH_3COCH_3的响应机理  49-51
第4章 结论  51-52
参考文献  52-59
致谢  59

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