【摘 要】
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H2S气体是一种在人类居住环境中常见的具有神经毒性的、令人窒息的有害气体,同时也会诱发阿耳茨海默氏病、唐氏综合症以及肝硬化等疾病。因此,有效地检测环境中微量的H2S气体对
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H2S气体是一种在人类居住环境中常见的具有神经毒性的、令人窒息的有害气体,同时也会诱发阿耳茨海默氏病、唐氏综合症以及肝硬化等疾病。因此,有效地检测环境中微量的H2S气体对保证人类的健康生活具有重要意义。作为一种典型的还原性气氛,H2S气体可以被氧化物半导体类气敏器件在较高的工作温度下检测出来。然而,H2S同时也是一种易燃、易爆气体,在高温环境中检测该种气体容易引发危险。因而,探索一种能够在常温条件下对微量H2S气体有效探测的器件是目前研究的一个重要挑战。本文以半导体ZnO纳米材料作为敏感剂,针对实现对ppm级别H2S气体稳定的室温检测进行了具体的研究工作。使用CGS-1TP型智能气敏分析系统对比了在不同基底上生长的ZnO纳米棒状阵列对H2S气体的敏感性能,结果发现,在室温条件下以叉指状电极为基底制备的样品对H2S表现出非常高的灵敏性,对1ppm H2S的灵敏度高达218.2,甚至对10ppb H2S的灵敏度也可以达到3.06。并且该样品在室温条件下仅对H2S产生灵敏的响应,表现出良好的选择性。但是,该样品对H2S探测的重复性效果较差。我们分析了样品对H2S灵敏性能的响应机理,并提出了改善样品气敏探测重复性的途径。设计了在ZnO纳米棒结构表面形成ZnS保护层的方法来改善ZnO纳米棒基气敏器件对H2S室温检测的重复性。我们使用目标气体H2S作为钝化剂在ZnO纳米棒结构表面形成ZnS保护层,研究了不同浓度以及不同钝化时间对ZnO纳米棒基气敏器件的重复性的影响。结果发现,经10ppm H2S钝化处理200s的ZnO纳米棒基气敏器件对H2S的检测表现出良好的重复性。通过热处理的方法进一步促进了ZnO@ZnS复合结构样品对不同浓度H2S检测的稳定性。所得器件在H2S的室温检测方面表现出了巨大的应用前景。通过XRD、SEM、TEM、EDS等检测手段对样品进行了详细的表征分析,研究了H2S钝化处理对ZnO纳米结构表面的影响,探索了表面ZnS钝化层的厚度与其气敏性能的关系。深入探究了ZnO@ZnS核壳结构对H2S室温检测的气敏机理。
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