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介孔ZnO材料的制备及气敏性能的研究

作　者: 徐梅
导　师: 苏治斌
学　校: 燕山大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: ZnO薄膜 介孔 聚乙二醇 气敏性能 溶胶-凝胶
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 75次
引　用: 1次
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内容摘要


ZnO气敏传感器以其响应速度快、恢复时间短、选择性好及对环境污染小等特点成为气敏传感器领域研究的热点,引起人们的广泛关注。其中,ZnO薄膜表面的孔结构,对于气体的检测有着极大的优化作用。本文主要利用溶胶-凝胶法,以醋酸锌（Zn（CH3COO）2·2H2O）为原料,聚乙二醇PEG为模板剂,合成了具有孔结构的ZnO薄膜,考察了各种工艺参数对ZnO薄膜的微观结构、表面形貌及其气敏性能的影响,从而得到了以下一些结果:1.络合剂的加入可以有效地抑制Zn（CH3COO）2·2H2O强烈水解,由二乙醇胺（DEA）做络合剂所得溶胶合成的ZnO薄膜具有较好的孔结构;醋酸锌浓度及PEG的加入量对ZnO晶粒尺寸影响不明显;煅烧时间比煅烧温度对晶粒尺寸的影响大;ZnO晶粒尺寸随水浴温度的升高而增大,增幅不明显。2.具有孔结构的ZnO薄膜,其孔径大小随醋酸锌浓度的增大而增大,孔密度先增大后减小;低分子量薄膜孔径小,且孔密度较高;孔径随PEG加入量的增大而增大;500℃时,薄膜的表面疏松多孔,孔密度较大;70℃的水浴有利孔结构的形成。3.采用静态配气法在气敏测试仪上通过对元件性能进行气敏测试发现:样品存在一个最佳加热电压,且对乙醇的灵敏度高于丙酮;最佳烧结温度为500℃;醋酸锌浓度为0.6 mol/L时为宜;随着PEG的加入,元件的灵敏度先升高后降低,最佳加入量为0.7 g;乙醇和丙酮的灵敏度都随着其浓度的升高而增大。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-23
  1.1 纳米材料的概念及制备方法简介  11-14
    1.1.1 纳米材料的概念  11-12
    1.1.2 纳米材料的制备方法  12-14
  1.2 介孔材料  14-17
    1.2.1 孔材料简介  14
    1.2.2 介孔材料的合成  14-15
    1.2.3 模板剂的选择  15-16
    1.2.4 模板剂的去除  16-17
  1.3 氧化锌薄膜的应用领域  17-18
    1.3.1 ZnO 薄膜的PN 结特性  17
    1.3.2 ZnO 薄膜的的气敏特性  17
    1.3.3 ZnO 薄膜的光电特性  17
    1.3.4 ZnO 薄膜的压敏特性  17-18
  1.4 氧化锌薄膜的气敏机理  18-19
    1.4.1 原子价控制模型  18
    1.4.2 表面电荷层模型  18-19
    1.4.3 晶粒间界势垒模型  19
  1.5 ZnO 的基本性质及ZnO 气敏传感器的研究进展  19-21
    1.5.1 ZnO 的基本性质  19-20
    1.5.2 ZnO 气敏传感器的研究进展  20-21
  1.6 本论文的研究思路和主要的研究内容  21-23
第2章 实验方法及实验过程  23-31
  2.1 实验设备及仪器  23
  2.2 实验原料  23-24
  2.3 实验配方  24-25
  2.4 ZnO 粉体的制备  25-26
  2.5 ZnO 薄膜元件的制备  26-28
  2.6 纳米材料的检测技术  28-30
    2.6.1 X 射线衍射分析  28-29
    2.6.2 纳米粉体颗粒形态的透射电子显微镜分析  29
    2.6.3 纳米粉体颗粒形态的场发射扫描电子显微镜分析  29-30
  2.7 本章小结  30-31
第3章 ZnO 粉体的制备及表征  31-46
  3.1 ZnO 粉体的XRD 分析  31-41
    3.1.1 不同醋酸锌浓度制得的ZnO 颗粒的XRD 分析  31-33
    3.1.2 不同烧结温度制得的ZnO 颗粒的XRD 分析  33-35
    3.1.3 模板剂的加入量对ZnO 粉体结构的影响  35-37
    3.1.4 不同水浴温度对ZnO 粉体结构的影响  37-38
    3.1.5 不同煅烧时间对ZnO 粉体结构的影响  38-40
    3.1.6 不同分子量的PEG 对ZnO 粉体结构的影响  40-41
  3.2 ZnO 粉体的透射电镜分析  41-45
    3.2.1 不同醋酸锌浓度制得的ZnO 颗粒的TEM 分析  42-43
    3.2.2 不同烧结温度制得的ZnO 颗粒的TEM 分析  43-45
  3.3 本章小结  45-46
第4章 介孔ZnO 薄膜的形貌分析  46-57
  4.1 介孔ZnO 薄膜样品扫描电子显微镜分析  46-54
    4.1.1 醋酸锌浓度对介孔ZnO 薄膜形貌的影响  46-48
    4.1.2 PEG 加入量对介孔ZnO 薄膜形貌的影响  48-49
    4.1.3 水浴温度对介孔ZnO 薄膜形貌的影响  49-50
    4.1.4 PEG 相对分子量对介孔ZnO 薄膜形貌的影响  50-52
    4.1.5 煅烧温度对介孔ZnO 薄膜形貌的影响  52-53
    4.1.6 烧结时间对介孔ZnO 薄膜形貌的影响  53-54
  4.2 介孔ZnO 粉体的比表面积测定  54-56
  4.3 本章小结  56-57
第5章 介孔ZnO 薄膜的气敏特性测试  57-73
  5.1 前言  57-58
  5.2 前期准备  58-61
    5.2.1 实验设备及仪器  58-59
    5.2.2 气敏传感器测试的基本理论依据  59-60
    5.2.3 常见传感器的技术指标  60
    5.2.4 气体浓度配置  60-61
  5.3 介孔ZnO 气敏传感器的制备  61-62
  5.4 介孔ZnO 气敏传感器的性能测试及作用机理分析  62-72
    5.4.1 加热电压与灵敏度的关系  62-63
    5.4.2 不同烧结温度下气敏元件的响应-恢复曲线  63-66
    5.4.3 不同烧结温度下气敏元件对不同气体的灵敏度  66-67
    5.4.4 Zn(CH_3COO)_2 浓度对薄膜元件气敏性的影响  67-69
    5.4.5 模板剂 PEG 的质量对薄膜元件气敏性的影响  69-70
    5.4.6 不同乙醇浓度下气敏元件的响应-恢复特性  70
    5.4.7 不同浓度的不同气体的灵敏度曲线  70-72
  5.5 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-80
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  80-81
致 谢  81-82
作者简介  82

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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