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Co掺杂ZnO薄膜的制备及其对CH3COCH3响应的研究
作 者: 李美娟
导 师: 王淑兰
学 校: 东北大学
专 业: 物理化学
关键词: 电沉积 Co掺杂ZnO CH3COCH3 响应
分类号:
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
低浓度丙酮气体的检测在监测工业生产、食品质量、畜牧业和疾病等中有重要的作用,因此,对丙酮气体的检测很有必要性。ZnO是最早应用于气体传感器的金属氧化物半导体气敏材料之一,通过掺杂Co可以改变ZnO薄膜的表面形貌,改善对丙酮的气敏性、选择性等。本实验中以ITO玻璃为基体,采用电沉积法制备Co掺杂ZnO薄膜。通过扫描电镜(SEM)和X衍射(XRD)对其表面形态和成分进行表征。分析表明,制备的Co掺杂ZnO薄膜传感材料表面颗粒大小均匀,颗粒间空隙较多。从沉积电压、沉积温度及溶液浓度等方面优化了ZnO薄膜的制备条件。最佳制备条件如下:沉积电压为-0.9V,沉积温度为50℃,溶液浓度CZn2+=1.0mol/L, CCO2+=0.1mol/L。将Co掺杂的ZnO薄膜组装成传感器,采用直流电阻法测定了300-600℃传感器对100ppm丙酮的气敏性。结果表明,400℃C烧结的薄膜对丙酮的响应最大,为8.57,且具有较短的响应和恢复时间。在200-400℃工作温度下通过对100ppm丙酮的气敏性研究,结果发现350℃为最佳工作温度。随着丙酮气体浓度的增大,传感器对响应值增大且与气体浓度基本呈线性关系。此外,Co掺杂ZnO传感器在最佳条件下的选择性、重现性、稳定性都很好。本文还讨论了Co掺杂ZnO对CH3COCH3的响应机理。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-9 第1章 绪论 9-27 1.1 引言 9-10 1.2 传感器概述 10-11 1.3 气体传感器 11-17 1.3.1 组成与结构 11-13 1.3.2 技术参数 13-15 1.3.3 气体传感器的分类 15-17 1.4 金属氧化物半导体气敏传感器 17-19 1.4.1 研究进展 17-18 1.4.2 气敏机理 18-19 1.5 ZnO薄膜气敏材料简介 19-24 1.5.1 ZnO的性质与应用 19 1.5.2 ZnO薄膜材料的制备方法 19-22 1.5.3 ZnO薄膜的气敏原理 22-24 1.6 丙酮传感材料的应用及研究现状 24-26 1.7 本课题研究的内容及意义 26-27 第2章 实验部分 27-36 2.1 实验仪器和试剂 27-29 2.2 实验装置图 29-31 2.2.1 制备ZnO薄膜的实验装置图 29 2.2.2 气体制备装置图 29-31 2.2.3 气体检测装置图 31 2.3 实验过程 31-36 2.3.1 Co掺杂ZnO薄膜的制备 31-32 2.3.2 Co掺杂ZnO薄膜的表征 32-33 2.3.3 Co掺杂ZnO薄膜气敏性的测量 33-36 第3章 结果与讨论 36-51 3.1 制备ZnO薄膜 36-42 3.1.1 沉积电压 36-37 3-1.2 沉积温度 37-38 3.1.3 溶液浓度 38 3.1.4 Co掺杂 38-42 3.2 影响气体响应的因素 42-45 3.2.1 Co掺杂量 42-43 3.2.2 烧结温度 43-44 3.2.3 工作温度 44-45 3.3 传感器性能 45-49 3.3.1 浓度-响应线性 45-46 3.3.2 选择性 46-47 3.3.3 重现性 47-48 3.3.4 稳定性 48-49 3.4 CH_3COCH_3的响应机理 49-51 第4章 结论 51-52 参考文献 52-59 致谢 59
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