Cu2O納米材料的合成及其在VOCs傳感器中的應(yīng)用.pdf

1、由于具有低成本、簡(jiǎn)單高效、實(shí)時(shí)響應(yīng)等特點(diǎn)，氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器在環(huán)境污染氣體的快速、在線檢測(cè)方面具有十分重要的應(yīng)用前景。探索材料的氣敏傳感機(jī)理，合成具有靈敏度較高、選擇性良好的氣敏性能傳感材料，進(jìn)而制備穩(wěn)定性優(yōu)異的傳感器器件對(duì)VOCs進(jìn)行原位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)具有重要意義。本文以研究p型Cu2O半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，考察了晶面與氣敏性能的關(guān)系，借助p-n傳感器陣列與場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)一步提高了傳感器的氣敏性能，在此基礎(chǔ)上制備了簡(jiǎn)易的酒精檢測(cè)器。主要研

2、究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:
　　(1)利用濕化學(xué)還原法通過(guò)改變表面活性劑PVP的用量簡(jiǎn)單可控合成了暴露(100)與(111)晶面的四種形貌Cu2O，分別是立方體、截立方體、截八面體、八面體。通過(guò)改變NaOH的濃度可控合成了不同尺寸的立方體Cu2O。其中立方體Cu2O對(duì)苯、丙酮、NO2表現(xiàn)出更好的氣敏性能，并且對(duì)丙酮和NO2表現(xiàn)出較高的選擇性。與八面體Cu2O相比，立方體Cu2O對(duì)苯與丙酮表現(xiàn)出更高的催化活性，并且具有更小的表觀活化能。在此

3、基礎(chǔ)上提出不同形貌Cu2O氣敏傳感機(jī)理:具有更低功函數(shù)與更高空穴激活能的(100)晶面使得立方體比八面體Cu2O具有更高的氣敏性能。
　　(2)利用共沉淀法簡(jiǎn)單可控的制備了顆粒尺寸大小均一的Ga摻雜ZnO(50nm)(Ga-ZnO)與CdO活化Sn摻雜ZnO(20-50nm)(CdO-Sn-ZnO)納米顆粒，用溶膠凝膠自蔓延燃燒結(jié)合共沉淀法成功制備了CdO活化LaFeO3(50nm)(CdO-LaFeO3)納米顆粒。在各自最佳工作

4、溫度下成功組裝了(C-Cu2O)-(Ga-ZnO)與(CdO-LaFeO3)-(CdO-Sn-ZnO)兩組p-n傳感器陣列。(C-Cu2O)-(Ga-ZnO)組成的p-n傳感器陣列大大提高了對(duì)乙醇的靈敏度，(CdO-LaFeO3)-(CdO-Sn-ZnO)組成的p-n傳感器陣列極大提升了對(duì)丙酮與乙醇的靈敏度，使得某一單一傳感器對(duì)目標(biāo)氣體的的響應(yīng)值以另一單一傳感器對(duì)該目標(biāo)氣體響應(yīng)值的倍數(shù)增長(zhǎng)。測(cè)試結(jié)果與p-n傳感器陣列的工作原理十分吻合，

5、同時(shí)這也說(shuō)明通過(guò)組裝p-n傳感器陣列提高檢測(cè)氣體的響應(yīng)值是一種十分有效的方法。
　　(3)利用兩種場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)K544與K264成功組裝K544-Cu2O、K264-Cu2O兩種傳感器。兩種傳感器對(duì)乙醇響應(yīng)信號(hào)均有較大放大效果，并且放大倍數(shù)均隨乙醇濃度的變大而增加。其中K264比K544放大效果更佳，并且K264-Cu2O傳感器對(duì)乙醇表現(xiàn)出較好的選擇性及穩(wěn)定性。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的放大原理:傳感器在接觸檢測(cè)氣體前后產(chǎn)生的回路電