【摘 要】
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随着环境污染日益严重,气体传感器的研究越来越受到科研工作者的关注。本课题以镍纳米线为基底采用化学气相沉积法(CVD)生长纳米管状石墨烯(NTG),将其与溶剂热法制备的n型半
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随着环境污染日益严重,气体传感器的研究越来越受到科研工作者的关注。本课题以镍纳米线为基底采用化学气相沉积法(CVD)生长纳米管状石墨烯(NTG),将其与溶剂热法制备的n型半导体材料复合制备成复合材料气敏传感器件;NTG的三维结构具有大的比表面积和高吸附性能,复合材料之间形成的p-n结结构可以提高载流子转移效率,可进一步加快对NO2气体的气敏响应;最后研究复合材料对NO2气体的气敏响应特性。具体研究与实验内容如下:(1)通过CVD法,高温下使甲烷和氢气发生裂解反应,在磁场辅助化学法生长的镍纳米线基底上生长厚度均匀的石墨烯,再将生长完的样品进行刻蚀和清洗,得到NTG。通过溶剂热法制备不同生长条件(生长温度、生长时间)的n型半导体材料ZnO纳米球,将其与NTG混合制备不同质量比复合材料,最后将复合材料组装到叉指电极上,制备得到NTG/ZnO复合材料气体传感器。对传感器进行气敏特性进行研究,结果表明传感器对于NO2气体有优异的响应性能,同时也具有很好的重复性和选择性。这其中响应最高的NTG/ZnO(NTG和ZnO质量比为1:2)复合材料气体传感器在室温下对浓度为50 ppm的NO2气体300 s响应达47.8%,远远高于纯NTG气体传感器,在室温下对浓度为100 ppb的NO2气体300 s响应达18.6%,并且传感器在紫外灯的照射下可以回复到初始电阻值,此外该传感器展现出良好的重复性和选择性。(2)通过水热法制备n型半导体材料WO3纳米刺球,通过控制生长条件制备不同条件的样品,与NTG混合制备不同质量比的复合材料,将制备的复合材料组装成气体传感器。对NTG/WO3复合材料传感器进行气敏研究,最终得到气敏响应最好的NTG/WO3(NTG和WO3质量比为1:3)复合材料气体传感器。对响应性能最高的NTG/WO3复合材料气体传感器在室温下对NO2气体进行了气敏测试,测试结果表明该气体传感器对浓度为50 ppm的NO2气体300 s响应达43.8%,对浓度为100 ppb的NO2气体300 s响应达17.1%,在紫外灯的辅助下可以回复到初始电阻值,除此之外该传感器还具有优秀的重复性和选择性。本课题以CVD法制备的三维NTG结构为基础,分别制备出了 NTG/ZnO复合材料和NTG/WO3复合材料两种气体传感器,在室温下复合材料传感器对NO2气体具有优异的响应、重复性和选择性,在NO2气体检测研究中具有良好的应用前景。
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