硫化锌基异质结构及掺杂气敏特性研究
随着科技的高速发展，人们生活水平逐步改善，对空气安全的重视程度显著提高。对空气中有害挥发性有机化合物（VolatileOrganicCompounds）气体进行实时监测引起了广泛关注。其中半导体型气体传感器因其易于集成和性能良好的特点，被广泛的应用在民用和工业气体环境监测等领域中。目前，气体传感器存在检测气体单一和检测速度缓慢的问题。因此，制备具有双气体探测和快速高效检测能力的气体传感器是目前亟待解决的热点话题。本论文以典型的宽带隙n型半导体硫化锌（ZnS）为主体材料，通过构筑异质结构实现了对三乙胺和苯胺的双重气体探测；通过稀土元素掺杂实现了对三乙胺的快速检测，提升了ZnS基传感器的响应值、响应速度、工作温度等气敏性能，详细分析了气敏性能的增强原因。具体研究内容如下： 1．通过气液相化学沉积的方法合成了ZnS纳米颗粒，随后采用高温处理，快速冷却的方法合成了ZnS-ZnO异质结构和ZnO纳米片。探究工作温度对传感器选择性的影响。气敏测试结果表明，ZnS-ZnO基传感器对三乙胺和苯胺的气敏性能明显优于ZnS和ZnO基传感器，在160℃下ZnS-ZnO基气体传感器对100ppm三乙胺的响应值为13.3，是100ppm苯胺的2.2倍；在200℃下ZnS-ZnO基气体传感器对100ppm苯胺的响应值为11，是100ppm三乙胺的4.4倍。此外，n-n异质结的形成，加快了载流子输运速度，提高了传感器的气敏性能。通过调节传感器的工作温度，实现了对三乙胺和苯胺的双气体探测。 2．利用化学气液相沉积的方法制备ZnS纳米颗粒和Sm离子掺杂的ZnS纳米颗粒。探究了Sm离子掺杂对气敏性能的影响。气敏测试结果表明，在180℃下ZnS@Sm基传感器对100ppm三乙胺气体的响应值为22，是未掺杂ZnS基传感器的5.5倍；是其他干扰气体的十倍以上，展现出优异的选择性；对100ppm三乙胺气体的响应时间为1s，比未掺杂的ZnS基传感器的响应时间缩短了11s，具有快速的响应速度。Sm离子掺杂增强了材料的催化活性，提高了传感器的响应值和响应速度。
硫化锌;气体传感器;异质结构;掺杂改性;双气体检测;气敏特性
吉林大学
硕士
凝聚态物理
张明喆
2023
中文
TP212
2023-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）