【正文】 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 Gas sensitive. 第 28 頁（ 共 27 頁） 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導教師的指導下 進行的研究工作及取得的成果。如何更好地發(fā)揮氧化鋅納米材料性能，提高產(chǎn)品的性價比，使制造出的產(chǎn)品更具有市場競爭力，我們以后研究的方向與重點。 第 24 頁（ 共 27 頁） 第三章 納米材料的現(xiàn)狀及前景 氧化鋅納米材料因其工藝簡單，制作方便，靈敏度，功耗低，污染少，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和實際生活中。溫度過高或者過低，都會對傳感器的靈敏度造成影響。從圖中我們可以得出：在同一溫度下傳感器對不同的氣體靈敏度明顯不同。 選擇性也是衡量氣體傳感 器性能好壞的一個重要指標，若傳感器被多種氣體包圍，我們只希望它檢測出主測氣體而對其他氣體沒有沒 第 21 頁（ 共 27 頁） 有什么反應，這種性質(zhì)就是傳感器的選擇性。同理，當金屬氧化物與氧化性氣體（氧氣，臭氧，氯氣）接觸，電子從金屬氧化物轉(zhuǎn)移到氣體身上，金屬氧化物帶正電荷，二者發(fā)生氧化 還原反應，過程相反。將所得樣品用去離子水稀釋，均勻的涂在氧化鋁陶瓷陶瓷管和電極上，放在450186。 圖 所得氧化鋅的 XRD圖譜 由水熱法得到氧化鋅的 XRD 圖譜（圖 ）可知，樣品的衍射峰與標準譜 (JCPDS no 361451)相符合 [24]。屬于特種設(shè)備，使用時必須嚴格遵守與防爆要求 ，使用前進行加壓、加溫測試，實驗氣體最好用惰性氣體，嚴禁使用易燃易爆氣體；操作過程中不能速冷速熱，以防釜體破裂；每次用完必須及時清除高壓釜內(nèi)外的殘留物，所有密封面必須經(jīng)常清洗，保持干燥。利用 XRD(圖 )確定所得 ZnO 的形貌結(jié)構(gòu)，進行進一步的分析。 ZnO 制備原理及過程 二水乙酸鋅，又名乙酸鋅、二水醋酸鋅，白色單斜片狀晶體，具有珍珠光澤，微帶醋酸味，熔點 100℃，沸點 2424℃，相對密度， 可溶于水和乙醇，可用于檢測硫化氫、蛋白的試劑色譜分析試劑，聚酯工業(yè)等。所以人們對納米材料不斷進行研究，力圖獲得一種操作簡單，成本低，形貌規(guī)矩，尺寸均勻的方法。這些優(yōu)異的性能的使得金屬氧化物氣體傳感器成為廣為應用和流行的傳感器。傳感器的研制、開發(fā)、制造、生產(chǎn)、銷售，帶動了很多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，成為新的經(jīng)濟增長點，人們爭相研究。八面體結(jié)構(gòu)很少 見，與 NaCl 結(jié)構(gòu)像似，每個鋅原子周圍有 6 個氧原子，每個氧原子周圍有 6 個鋅原子，只有在特高壓的條件下才能形成。半導體的禁帶寬度取決于能帶結(jié)構(gòu) [11]。 ③ 量子尺寸效應 形成固體的原子的能級和在一起形成了能帶，原子的能級間距很小，因此能帶可以看做是連續(xù)的 [10]。 納米技術(shù)與傳統(tǒng)的微電子技 術(shù)不同，納米技術(shù)利用電子的波動性，研究的是單個的分子、原子，通過對他們的控制來實現(xiàn)設(shè)備的特定功能 [5]；微電子技術(shù)利用電子的粒子性，主要通過控制電子群來實現(xiàn)其功能 [6]。形象的說，是一個頭發(fā)徑向的五萬分之一，每根直徑約為 1 nm。他們對單個原子進行重新排列，使得納米技術(shù)突飛猛進。 納米技術(shù)的簡介 納米技術(shù)一般指納米級 ( nm) 的材料設(shè)計、制造、測量、 第 3 頁（ 共 27 頁） 控制和產(chǎn)品的技術(shù) [2]。例如，工業(yè)生產(chǎn)，煤礦燃燒，汽車尾氣等排放的廢氣越來越多，這些排放的廢氣對人類的生存與發(fā)展造成的危害日益嚴重，不容小覷。人類社會已經(jīng)經(jīng)歷了兩次工業(yè)革命，這兩次工業(yè)革命給人類帶來了極大的便利，但是也帶來了一系列問題。其中 ZnO 半導體氣體傳感器以其獨特的優(yōu)勢 —— 對氣體反應迅速，耗電量少，適合帶出去，可靠系數(shù)高等，在眾多傳感器中鶴立雞群，被廣泛應用。 納米技術(shù)的概念最早由加州理工大學的費曼教授在 1959 年提出的，這一概念在 1990 年由 IBM 公司的科學家做出了證明。 納米技術(shù)的含義 納米（ nm），一種長度單位， 1 nm=109 m 的長度。其中，納米物理學和納米化學是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。 ② 小尺寸效應 當顆粒的尺寸變小，會出現(xiàn)兩種現(xiàn)象：一種是物體的性質(zhì)不發(fā)生變化，另一種就是物體的性質(zhì)發(fā)生變化：顆粒的邊界被破壞，從而使其聲、光、電、磁等性能呈現(xiàn)出異常 的現(xiàn)象周期性邊界被破壞，從而使其聲、光、電、磁等性能呈現(xiàn)出異常的現(xiàn)象 [10]—— 這就是小尺寸效應。高能帶隙使得ZnO 的導電性好，維持電場能力強和擊穿電壓高。閃鋅礦結(jié)構(gòu)每個鋅或氧原子都與相鄰原子以離子鍵結(jié)合 [13]，形成正四面體結(jié)構(gòu)，也有中心對稱性，因而具有壓電效應，這也是 ZnO 晶體壓電張量高 第 8 頁（ 共 27 頁） 的原因之一。目前， 第 10 頁（ 共 27 頁） 傳感器向智能化、數(shù)字化，迷你化的方向發(fā)展。相對于其他傳感器，金屬氧化物半導體氣體傳感器具有許多優(yōu)勢：首先，金屬氧化物氣體傳感器靈敏度高，對于對于污染環(huán)境的殺手 —— 氮的氧化物和硫的氧化物等氣體，靈敏度可以達到 ppb 等級；其次，反應和恢復時間都很短，以最少幾秒和最多幾十秒的速度讓其他傳感器甘拜下風；而且，金屬氧化物半導體材料都是固體，適合帶出去，也方便進行二次檢測，這是其他傳感器所不具備的優(yōu)勢；耗電量少，使用期限長，電路簡潔易懂，價格適中。 眾所周知，不同的合成方法，會對納米材料的形貌，尺寸產(chǎn)生影響，進而影響到納米材料的性能。 X 射線衍射儀（ XRD，型號 DIFFRACTOMETER6000 型），透射電子顯微鏡（ TEM，型號 : G2 F20 STWIN），掃描電子顯微鏡（ SEM，型號 LE840EQD， LG Display），反應釜（可自行設(shè)定反應溫度，不允許透氣），室溫熒光光譜，去離子水，干燥箱，離心機，馬弗爐 [22]。 X 射線衍射儀（ XRD）利用衍射原理，可以觀察到某些由于突然減速而使外層電子遷躍的電子流。 第 16 頁（ 共 27 頁） 圖 圖 反應釜結(jié)構(gòu)圖 從圖 中可以看出組成反應釜的器件眾多，由防爆機、減速器、攪拌器及冷卻裝置、接地設(shè)備、測溫設(shè)備等組成。 實驗結(jié)果分析與討論 將所的樣品的晶體結(jié)構(gòu)，微觀結(jié)構(gòu)和形貌，分別用 X 射線衍射儀（ XRD， D/MAX2500 型衍射儀， Cu 的射線 ， λ=），掃描電子顯微鏡，透射電子顯微鏡進行表征。 ZnO 氣體傳感器的氣敏機理 圖 從圖中我們可以看到，一個長約 10 mm 的環(huán)形氧化鋁陶瓷管，陶瓷管，上下有四個 Pt 導線，左右有兩個 Ni— Cr 的電極。當氧化物與還原 性氣體（氫氣，一氧化碳，硫化氫等）接觸是時電子從還原性氣體轉(zhuǎn)移到氧化物表面，兩者發(fā)生氧化還原反應，氧化物帶負電荷，導致金屬氧化物電阻率發(fā)生變化，在氧化物表面與內(nèi)部形成電場，這一電場可以阻止電子從還原性氣體向金屬氧化物轉(zhuǎn)移，維持金屬氧化物內(nèi)外的平衡狀態(tài)。我們定義，氣敏元件在空氣中的阻值為 Ra，在不同濃度的待測氣體中阻值為 Rg，因此，氣敏元件的靈敏度可以定義為S=Ra/Rg[27]。 圖 ZnO對不同氣體的響應程度 第 22 頁（ 共 27 頁） 圖 溫度對 ZnO靈敏度的影響 圖 是所制得傳感器對同一濃度的不同濃度的氣體（上邊為乙醇，下面是丙酮）的靈敏度與工作溫度的關(guān)系曲線。丙酮傳感器的靈敏度在 263℃靈敏度最大。結(jié)果表明，氧化鋅納米材料氣體傳感器在 150℃ 時，對 H2S 有較好的選擇性，靈敏度。但是，納米技術(shù)的應用剛剛起步，需要我們深入研究探討。 The sensor。本人完全意識到本聲明的法律后果由