TiO2和ZnO納米薄膜的制備及傳感特性.pdf

1、近幾年來納米材料的制備及應用一直是納米研究中的熱點。納米尺寸對所研究的對象產(chǎn)生許多奇異性質，或對原有性質有十分顯著的改進和提高，表現(xiàn)出傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學特性。這種尺寸奇特性質是由表面效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應三大納米效應所引起的。因此，氧化物納米材料廣泛的應用于濕度傳感器、光傳感器、新能源、生物醫(yī)療等領域。
　　氧化物 TiO2是寬帶隙半導體，主要本征吸收388nm以下的紫外光[19]，可產(chǎn)生光電、光

2、化學效應，是用以制備實用化光伏器件、光催化器件和氣體傳感器的優(yōu)選材料。TiO2納米薄膜更是較大的比表面積和較強的吸附能力，因此在實現(xiàn)以上功能器件時具有更大的優(yōu)勢。目前基于寬帶隙氧化物（如SnO2、Al2O3等）納米薄膜的濕度傳感器研究，引起人們的廣泛關注。但是 TiO2納米薄膜這一方面的應用，目前尚少有報道。基于TiO2納米管陣列薄膜的電容式濕度傳感器具有突出的優(yōu)點：體積小、靈敏度高、響應速度快，測量范圍寬，信號直接以電參量的形式輸出，

3、使用操作方便。由于TiO2納米薄膜更大的比表面積和更強的光子捕捉能力，并且具有制作簡單、容易摻雜、靈敏度高、穩(wěn)定性強等優(yōu)點，所以基于TiO2納米材料的紫外傳感器在光電子領域應該得到廣泛的研究和應用。但是目前該方面國內(nèi)外尚少有研究。
　　ZnO納米材料是另一種備受關注的納米功能材料，它具有直接寬帶隙（Eg=3.37eV）、高激子束縛能（60 meV）、高熱導率、易于摻雜等優(yōu)點，因而在光電子領域引起廣泛的關注,在紫外發(fā)光（或傳感）器件

4、、氣體傳感器、輸運電子器件、表面聲波器件等領域極大的應用前景。另外，可以利用過渡金屬（Fe、Co、Ni、Mn）摻雜ZnO，制備自旋極化的激光光源，這同樣是目前ZnO納米材料與器件領域研究的熱點。我們知道，制備較好 ZnO納米結構薄膜是人們研究ZnO光電子器件的基礎。
　　基于以上考慮，本文圍繞納米材料TiO2、ZnO的制備及TiO2納米管薄膜濕敏、光敏特性研究，主要展開了以下幾個方面的研究工作：
　?。?）利用電化學的方法制

5、備TiO2納米薄膜，制備的納米結構整齊，比表面積大，且制作方法簡單。并采用SEM、TEM、Raman等測試手段對TiO2納米管陣列的表面形貌、內(nèi)部微結構、化學鍵態(tài)等進行了表征。分析了TiO2納米管陣列形成的基本機理。
　?。?）利用TiO2納米管陣列薄膜制作濕度傳感器，測試了其電容對濕度的依賴關系。并在不同電極構型下測其電容隨濕度變化而變化的特性，結果發(fā)現(xiàn):梳狀電極結構下靈敏度增強，濕滯效應變小。
　　（3）通過采用不同光源

6、、光照強度、電壓來檢測 TiO2納米管陣列薄膜的光敏特性。實驗發(fā)現(xiàn)：氨化氮摻雜TiO2納米管陣列薄膜對于365納米的紫外光表現(xiàn)出強烈的光敏特性。同樣光照條件下，電壓越大，則靈敏度越高。
　?。?）建立了 TiO2納米管陣列濕敏光敏器件的等效電路，分析了 TiO2納米管陣列薄膜濕敏光敏器件在外界激勵（光照或濕氣）下的敏感機理，運用了能帶結構理論來分析TiO2納米管陣列薄膜對紫外光的敏感特性。
　?。?）分別采用電化學法和H2O