【正文】 ，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。兩者有著本質(zhì)的區(qū)別。納米材料主要以下幾個性質(zhì)： ① 表面效應(yīng) 又稱界面效應(yīng)，是指納米晶體微粒表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨微粒半徑變小而急劇增大后所引起納米材料的性質(zhì)上的變化 [8]。因為位于表面的原子占了納米體積相當大的一部分，兩者的比例也是判斷納米材料的一個重要指標 [9]。 ② 小尺寸效應(yīng) 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(yīng)。當能帶分裂時，微粒的光子能、電能、磁能等比平均間距還要小，物體會出現(xiàn)一些意想不到的性質(zhì)，我們把性質(zhì) 叫做量子小尺寸效應(yīng)。納米粒子的磁化強度等也有隧道效應(yīng)，它們可以穿過宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化，這種被稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng) [10]。常溫下難溶于水的的兩性氧化物，密教比較大，硬度較小。高能帶隙使得ZnO 的導(dǎo)電性好，維持電場能力強和擊穿電壓高。如果要改變 ZnO 的禁帶寬度可以摻雜一定量的MgO。 圖 氧化鋅晶體有三 種結(jié)構(gòu)，如圖 所示，從左到右依次是：八面體結(jié)構(gòu)、立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)、六邊纖鋅礦結(jié)構(gòu) [12]。其中，纖鋅礦結(jié)構(gòu)最常見 —— 晶體的氧原子與鋅原子形成原子層，緊密相鄰，成理想的六邊形排列，因而結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。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(yīng)，這也是 ZnO 晶體壓電張量高 第 8 頁（ 共 27 頁） 的原因之一。 氧化鋅的用途很廣泛：在工業(yè)上，可用于合成橡膠、塑料，而且有著色作用，還可以用來制作涂料、潤滑油、催化劑等 [14]；在電子產(chǎn)業(yè)中，可用于制作液晶顯示屏，薄膜晶體管，精密器件等；在醫(yī)學(xué)方面，氧化鋅由于具有殺菌消炎的作用，可以制成腳氣粉、橡皮膏、補牙、做填充劑等。 ZnO 納米材料的分類 納米材料可以按照維數(shù)分為三類： ① 零維，納米 材料的三維空間尺度均在納米尺度的范圍內(nèi)，如納米顆粒，納米團簇； ② 一維，納米材料的三維空間尺度有兩維尺度在納米尺度范圍內(nèi) [15]，如納米絲，納米管，納米棒； ③ 納米材料的三維空間尺度有一維尺度在納米尺度范圍內(nèi)，有一維納米棒組成陣列和多空薄膜，片花狀結(jié)構(gòu)，如超薄膜，多層膜，超晶格 [16]。現(xiàn)在已經(jīng)成功研制了很多傳感器：酒精、一氧化碳、硫化氫、氨氣等，以滿足工業(yè)檢測需要。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。 ZnO 半導(dǎo)體氣體傳感器分類 目前，金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器主要分為兩類：電阻型和非電阻型 [18]。我們主要用電阻型傳感器，在這三種中，燒結(jié)型傳感器因其獨特的優(yōu)勢：開發(fā)研制的早，制作過程可控，便于攜帶，市面上流行的比較多。薄膜型傳感器主要缺點是制作過程不穩(wěn)定，難以 控制，優(yōu)勢是功耗低，污染小，可以大量產(chǎn)出，因而經(jīng)濟效益比較好，受到人們的廣泛關(guān)注，是未來傳感器發(fā)展的重點 [18]。相對于其他傳感器，金屬氧化物半導(dǎo)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(yīng)和恢復(fù)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(fēng)；而且，金屬氧化物半導(dǎo)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。 制備方法及研究現(xiàn)狀 傳感器的 發(fā)展歷程主要經(jīng)歷了三個階段：第一階段 —— 結(jié)構(gòu)型傳感器，這一階段的傳感器制作粗糙，靈敏度不高，也不耐用；第二 ——固體型傳感器，這一階段傳感器取得了很大發(fā)展，人們制造出了種類繁多的傳感器，性能上也有很大提高；第三階段 —— 智能型傳感器，這一階段的傳感器的制造技術(shù)不太成熟，剛剛發(fā)展起來，總的來說越來越智能化?；瘜W(xué)法包括氣相沉淀法，溶膠 凝膠法（ Solgel），水熱法 [20]。目前主要用于一維二維納米材料的制備。 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。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工藝的改進，人們對納米材料的認識不斷加深，采用的方法也越來越合理與先進。 水熱法是指物質(zhì)在高溫和強壓的水溶液中進行的化學(xué)反應(yīng)。與其他方法相比，水熱法的流程簡單、過程可控并且價格易于接受，沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生，所得的產(chǎn)物純度高，粒度細膩，是我們研究的重點。 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(yīng)釜（可自行設(shè)定反應(yīng)溫度，不允許透氣），室溫?zé)晒夤庾V，去離子水，干燥箱，離心機，馬弗爐 [22]。 水合肼（ N2H4?H20）又稱水合聯(lián)氨，無色發(fā)煙液體，具有強堿性和吸濕性。在化學(xué)反應(yīng)時， OH 與 Zn2+結(jié)合生成Zn(OH)2 絡(luò)合物， Zn(OH)2 絡(luò)合物脫去一分子的 H2O 形成 ZnO。隨著實驗 條 件的改變它會分化成分等級結(jié)構(gòu)，實驗過程中 的化學(xué)方程式： N2H4?H2O=N2H5++OH Zn2++4OH=Zn(OH)42 Zn(OH)42=ZnO↓+H2O+2OH 第 14 頁（ 共 27 頁） 從上述化學(xué)方程式可以看出影響分等級的納米結(jié)構(gòu)的因素有很多：溶 液的溫度， PH 值，溶液中 Zn2+濃度等。 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。 X 射線一經(jīng)問世就被應(yīng)用于各個領(lǐng)域 ， 成為研究微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一把利器。目前 TEM 的分辨力可達 nm。 第 15 頁（ 共 27 頁） 圖 掃描 電子顯微鏡 (scanning electron microscopy， SEM)的原理是：電子槍發(fā)射電子束，電子束與物質(zhì)的相互反應(yīng)，獲取被測樣品本身的各種物理、化學(xué)性質(zhì)的信息，如形貌、組成、晶體結(jié)構(gòu)等 [23]。 第 16 頁（ 共 27 頁） 圖 圖 反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)圖 從圖 中可以看出組成反應(yīng)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。 具體實驗過程如下： 在燒杯放入 （ 10 mmol）的二水乙酸鋅和 60 ml 的去離子水，兩者充分混合，用攪拌機攪拌 30 min，再用膠頭滴管向溶液中緩慢滴入 4 ml 水合肼（聯(lián)氨），再攪拌 30 min。C 的密封干燥干燥箱中，反應(yīng) 24 h，自然冷卻至室溫。C 的干燥箱中干燥 5 h[24]，最后在 500186。 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。所得的特征峰明顯，既高又細，比較集中，沒有其他明顯的衍射峰。 第 18 頁（ 共 27 頁） 圖 所的樣品的形貌特征 從圖 我們可以清楚的觀察到，樣品結(jié)構(gòu)與 SEM 圖一致。樣品的的尺寸大小適中，結(jié)構(gòu)清晰，并且沒有觀察到其他的形貌，說明這種方法得到的產(chǎn)品純度比較高。 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(dǎo)線，左右有兩個 Ni— Cr 的電極。C 的馬弗爐中煅燒 2 小時，得到了 ZnO 氣體傳感器，再進 行 為期一周的老化處理，最后進行老化性能測試。我們根據(jù)電信號的強弱