多孔纳米棒氧化锌的制备及其气敏特性.pdf

２０１４年８月—第８期第８６８９页材料工Ｊｏｕｒｎａ１ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ程ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｕｇｕｓｔ２０１４—Ｎｏ．８ＰＰ．８６８９多孑Ｌ纳米棒氧化锌的制备及其气敏特性ＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄＧａｓＳｅｎｓｉｎｇＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰｏｒｏｕｓＺｎＯＮａｎｏｒｏｄｓ薄小庆，刘唱白。，何越，刘丽，刘震，王连元（１吉林大学超硬材料国家重点实验室物理学院，长春１３００１２；２吉林大学电子科学与工程学院，长春１３００１２）——ＢＯＸｉａｏｑｉｎｇ，ＬＩＵＣｈａｎｇｂａｉ，ＨＥＹｕｅ，ＬＩＵＬｉ，—ＬＩＵＺｈｅｎ，ＷＡＮＧＬｉａｎｙｕａｎ（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｕｐｅｒｈａｒｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ；２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ）摘要：采用水热法制备表面多孔的纳米棒状氧化锌。利用ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、扫描电子显微镜（ＳＥＭ）对样品的结构和形貌进行表征。以表面多孔的棒状氧化锌作为敏感材料制成旁热式结构的气体传感器，并对样品在不同温度下对乙醇气体的灵敏度进行了测试。结果表明：在２８０￣Ｃ下，样品对１００×１０乙醇气体的灵敏度约为２７．９，响应恢复时间分别约为３ｓ和１０ｓ，此结果约是表面无孔的纳米棒状氧化锌在相同条件下对乙醇气体灵敏度的４．８倍，并且是相同条件下干扰气体中灵敏度最大的丙酮气体的３．１倍，表明该器件具有良好的选择性。关键词：氧化锌；水热法；乙醇；气体传感器—ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１４．０８．０１６中图分类号：ＴＰ２１２．２文献标识码：Ａ———文章编号：１００１４３８１（２０１４）０８００８６０４—Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰｏｒｏｕｓＺｎＯｎａｎｏｒｏｄｓｗｅｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｏｒ—ｐｈｏｌｏｇｙｏｆｐｏｒｏｕｓＺｎＯｎａｎｏｒｏｄｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＸｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ）ａｎｄｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎ—ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ）．ＴｈｅｇａｓｓｅｎｓｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｅａｔｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓｂａｓｅｄｏｎｐｏｒｏｕｓＺｎＯｎａｎｏｒｏｄｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｇａｓｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｓｅｎｓｏｒｓａｍｐｌｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｏｅｔｈａｎｏｌｇａｓｗａｓｅｘａｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｓｅｎｓｏｒｔｏ１Ｏ０×１０ｅｔｈａｎｏ１ｇａｓｉｓ２７．９ａｔ℃２８０．Ｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｔｉｍｅｓｏｆｓｅｎｓｏｒａｒｅａｂｏｕｔ３ｓａｎｄ１０ｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｖｉｓ４．８ｔｉｍｅｓ１ａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎＺｎＯｎａｎｏｒｏｄｓｔｏｅｔｈａｎｏｌｇａｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．—Ｍｏ—ｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｓｅｎｓｏｒｔｏｅｔｈａｎｏｌｇａｓｉｓ３．１ｔｉｍｅｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｔｏａｃｅｔｏｎｅ，ｗｈｉｃｈｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｓｅｎｓｏｒｐｏｓｓｅｓｓｅｓａｎｅｘｃｅｌｌｅｎｔｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＺｎＯ；ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｍｅｔｈｏｄ；ｅｔｈａｎｏｌ；ｇａｓｓｅｎｓｏｒ氧化锌（ＺｎＯ）被视为目前最有前景的金属氧化物半导体材料之一，它主要在压电、激光器、太阳能电池、气体传感器等方面有广泛的应用。ＺｎＯ是研究最早的气敏材料之一，在适宜的温度下对多种气体有很好的灵敏性。目前，人们已经制备出各种形貌的ＺｎＯ纳米材料。研究发现，ＺｎＯ的结构组成、尺寸和形貌等特征对其气敏性有着较大的影响。Ｒａｉ等嘲通过水热法制备的花状ＺｎＯ纳米材料对２５０×１０的乙醇Ⅲ气体的灵敏度为８．７３；Ｑｉ等用水热法合成的哑铃状ＺｎＯ对５０×１０的乙醇气体的灵敏度为８．１。目前，利用水热法已经制备出多种形貌的ＺｎＯ，如纳米棒、纳米线、纳米管、纳米环引、多孔纳米球、花状［１等。然而，通过水热法制备出表面带有多孔结构纳米棒状Ｚｎ０的报道较少。本工作利用水热法，以一定比例ＺｎＣ１。和浓氨水的混合物为原料，制备多孔纳米棒状ＺｎＯ。使用ＸＲＤ，ＳＥＭ表征手段对其结构和形貌特征进行分析，并对其气敏性能进行研究。