【正文】 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。 圖 SEM圖 圖 c 為樣品的側(cè)面，圖 d 為樣品的正面，可以看出所得樣 品為花 第 19 頁（ 共 27 頁） 狀結(jié)構(gòu)，具有分等級結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)為一維的納米棒組成，納米棒的排列比較疏松，兩個相鄰的納米棒的距離為 ，氣體可以進(jìn)入到到傳感器內(nèi)部，兩者互相融合，充分反應(yīng)，減少待測時間，恢復(fù)起來也會容易的多。 ZnO 氣體傳感器的氣敏機(jī)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。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。C 的馬弗爐中煅燒 2 小時，得到了 ZnO 氣體傳感器，再進(jìn) 行 為期一周的老化處理，最后進(jìn)行老化性能測試。 那么，傳感器是如何工作呢？首先，氣體傳感器獲取被測氣體的相關(guān)信息：類別、成分、濃度等，再將相關(guān)信息轉(zhuǎn)換成電信號。我們根據(jù)電信號的強(qiáng)弱判斷氣體的相關(guān)信息。當(dāng)傳感器工作在溫暖潮濕，有廢氣的環(huán)境中，在適宜的溫度下，半導(dǎo)體氣體傳感器跟所接觸的氣體 (不是所有的氣體都可以發(fā)生反應(yīng) )發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化。這是金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的氣敏特性。金屬氧化 第 20 頁（ 共 27 頁） 物半導(dǎo)體氣敏材料表面存在許多活性中心，易吸附一些分子，在加熱或光照條件下，兩者進(jìn)行載流子交換。當(dāng)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(yīng)，氧化物帶負(fù)電荷，導(dǎo)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)。同理，當(dāng)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(yīng)，過程相反。這是傳感器的氣敏機(jī)理。 ZnO 氣體傳感器的性能測試 金屬氧化物氣體傳感器的性能指標(biāo)有很多：靈敏度，選擇 性，對氣體的響應(yīng)和恢復(fù)時間，溫度等 [25]。 靈敏度是指被測氣體的濃度變化引起元件阻值的變化的程度 [26]。當(dāng)氣體濃度變化很小而引起元件阻值發(fā)生很大變化，這樣的情況我們可以認(rèn)為傳感器的靈敏度很大，我們也希望靈敏度大一些好。要想提高傳感器的靈敏度，主要從兩方面入手：優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)和對傳感器的材料精益求精。傳感器靈敏度的提高可以幫助人們快速有效的對氣體進(jìn)行檢測。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]。 選擇性也是衡量氣體傳感 器性能好壞的一個重要指標(biāo)，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(yīng)，這種性質(zhì)就是傳感器的選擇性。圖 是花狀的氧化鋅對同一溫度（ 150℃ ）、同一濃度（ 100 ppm）的不同氣體的反應(yīng)程度。下圖的氣體從上到下分別是硫化氫 H2S、甲醛 CH2O、甲烷 CH氫氣 H二氧化氮 NO一氧化碳 CO、甲苯 C7H丙酮 C3H6O、乙醇 C2H6O、氯氣 Cl氨氣 NH3。很明顯，所制備的傳感器對硫化氫H2S 響應(yīng)良好，靈敏度高，而對其他幾種氣體反應(yīng)不明顯。主要原因是 H2S 與 ZnO 兩 者接觸時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， H2S 與 O2反應(yīng)生成 H2O、SO S 和電子。同時，二者可以還發(fā)生了脫硫反應(yīng)生成了硫單質(zhì)。因此，我們可以得出，花狀氧化鋅所制得的納米材料對不同的氣體具有良好的選擇性。 圖 ZnO對不同氣體的響應(yīng)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。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。 這也要求我們針對不同的需求制造不同種類的傳感器滿足工業(yè)的要求。 影響傳感器性能還有一個重要因素：溫度。不同溫度下的氣體對同一傳感器影響也大不相同。從圖 中我們也可以得出溫度對傳感器的影響。圖中兩種氣體的濃度為一樣。乙醇傳感器的靈敏度的在200℃ 250℃ 的范圍內(nèi)，隨著溫度的升高而靈敏度增加，在 250℃ 時處于頂峰， 250℃ 以后，靈敏度會立即下降。丙酮傳感器的靈敏度在 263℃靈敏度最大。溫度過高或者過低，都會對傳感器的靈敏度造成影響。 主要原因是 ZnO 表面原子受溫度的影響，能級不穩(wěn)定，發(fā)生遷躍，也會影響吸附氧氣的數(shù)量。當(dāng)溫度較低時， ZnO 表面原子的性能降低，會影響與 氣體分子的反應(yīng)，也會影響吸附氧氣的數(shù)量，降低反應(yīng)速率和質(zhì)量，導(dǎo)致傳感器的靈敏度下降。當(dāng)溫度過高時 ZnO 表面原子的 第 23 頁（ 共 27 頁） 性能會遭到破壞，氧氣受熱膨脹，與傳感器的接觸面積減小，吸附氧氣的數(shù)量也會減少，進(jìn)而影響傳感器響應(yīng)速度。對丙酮也有類似的變化。 小結(jié) 試驗中我們首先制備了納米級 ZnO,通過 XRD、 TEM、 SEM，對所制備的氧化鋅納米材料進(jìn)行表征，對它的生長機(jī)理有了清晰地認(rèn)識。再制得氧化鋅氣體傳感器，對其進(jìn)行性能測試，分析了影響氧化鋅納米材料氣體傳感器性能的主要因素。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。 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(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和實際生活中。本文中我們首先介紹了納米技術(shù)及納米材料，使人們對納米材料有了初步的認(rèn)識。接著又采用低溫水熱法，以二水乙酸鋅和水合肼為原料，利用 X 射線衍射儀，掃描電子顯微鏡，透射電子顯微鏡對所制得的氣體傳感器進(jìn)行表征。詳細(xì)分析了氧化鋅納米材料的生長機(jī)理，并且討論了它的靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性以及對氣體的響應(yīng)時間和反應(yīng)速度。結(jié)果表明，乙醇和丙酮的最佳工作溫度分 別為和 250℃ 和 263℃ ，在 150℃ 對 H2S 具有良好的選擇性和靈敏度。 由于氧化鋅的廣泛應(yīng)用和良好的市場的前景，氧化鋅的納米材料的開發(fā)與應(yīng)用已引起世界各方面的高度關(guān)注。納米材料的制備技術(shù)發(fā)展了幾十年，取得了一定的研究成果。但是，納米技術(shù)的應(yīng)用剛剛起步，需要我們深入研究探討。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。總的來說，納米材料研究主要包括 ① 納米結(jié)構(gòu)的研究和性能的分析，表征； ② 納米材料的合理制備； ③ 納米材料形狀，大小的可控研究； ④ 納米 材料的工業(yè)化生產(chǎn)及可控研究。目前，我們存在的問題，就是未來研究的方向和重點。這些問題一旦解決，納米技術(shù)的發(fā)展就會如虎添翼，突飛猛進(jìn)。 第 25 頁（ 共 27 頁） 參 考 文 獻(xiàn) [1] 祝柏林，謝長生 .ZnO氣敏材料的研究進(jìn)展 [J].傳感技術(shù)學(xué)報 ， 2020， (4)： 353359. [2] 李海燕 .薄膜電阻器用納米 SiO,2/環(huán)氧樹脂復(fù)合涂料的制備與表征 [D]. 天津：天津大學(xué)， 2020： 112. [3] 徐桂華 .你可知道納米技術(shù) [J].電氣時代， 2020， (2):45. [4] 李青青 .鎳硫化物納米材料的 水熱合成和表征 [D].山東 :山東大學(xué)， 2020:71. [5] 胡廷義 . 納米材料及其應(yīng)用 [J].天津通信技術(shù)， 2020， (4):1113. [6] 徐桂華 .你可知道納米技術(shù) [J].電氣時代， 2020:31—— 32. [7] 彭春玉 .反相微乳液電導(dǎo)性的研究及納米電沉積層的制備 [D].湖南：湖南 大學(xué)， 2020:48. [8] 耿中榮 .低維納米材料的制備研究 [D].蘭州：蘭州大學(xué)， 2020:122. [