基于氧化锌纳米结构的光激发型气体传感器研究

基于氧化锌纳米结构的光激发型气体传感器研究
近年来,气体传感器在大气质量监测、食品安全管理、家居智能控制、医疗健康诊断等方面展现了良好的应用前景。

新型气体传感器的研究和开发工作也显得日益迫切,受到了广泛的关注。

半导体氧化物气体传感器由于其全固态、结构简单、成本低、小尺寸、性能可调等优点,是气体传感器研究领域的前沿方向和研究热点。

目前,半导体氧化物气体传感器仍然以热激发为主,具备优异气敏性能的同时也会造成稳定性不足以及一些安全隐患,并且不利于气体传感器在可穿戴设备上的应用,急需开展低温或室温型传感器研究。

ZnO（CY-J30）具有优异的物理、化学以及光学特性,已经成为一种重要的敏感材料。

本文以ZnO（CY-J30）为基体,以光激发代替热激发实现传感器室温工作。

通过纳米结构调控以及异质掺杂/修饰/复合的方式改善传感器性能。

具体内容如下:由于贵金属负载是常见的改善半导体氧化物气敏性能和降低最佳工作温度的方法,本文首先通过溶剂热法制备了Au纳米颗粒负载ZnO（CY-J30）纳米棒的传感材料。

气敏测试结果表明,2mol%Au负载后大幅度提高了ZnO（CY-J30）纳米棒对正戊醇的响应,在260℃时对4ppm正戊醇的响应达到71.8,响应时间为1 s,而且,还具有优异的稳定性、选择性和耐湿性。

虽然通过Au负载有效地提高了ZnO（CY-J30）纳米棒的气敏响应,但是并不能降低传感器的最佳工作温度。

因此,后续的研究致力于使用光激发的方法开发室温气体传感器。

光激发可以活化敏感材料表面、提高载流子浓度、降低其初始电阻,已经被报导可以实现传感器室温工作,但是传感器仍然存在灵敏度低、响应恢复速度慢等问题。

同时比较比较了ZnO（CY-J30）纳米棒、纳米球、纳米花等不同低维纳米结构与气敏性能的关系,并进行了敏感机理分析，发现一维纳米结构与零维纳米粒子结合,能够提高传感器灵敏度的同时也获得快速的响应恢复速度。