一维ZnO纳米线及其气敏特性PDF电子书下载

第1章 气敏传感器概述 1

1.1 气敏传感器简介 1

1.2 金属氧化物气敏传感器的结构分类 2

1.3 金属氧化物气敏传感器的膜厚分类与特点 4

1.4 金属氧化物气敏传感器的加热方式分类与特点 5

1.5 半导体金属氧化物的气敏机理研究 7

1.5.1 离子吸附模型 7

1.5.2 多孔膜模型和致密膜模型 8

1.5.3 气敏机理通式 9

1.6 掺杂理论 13

1.6.1 内部掺杂 13

1.6.2 外部掺杂 13

1.7 气体传感器的发展趋势 15

1.7.1 新型气敏材料的探索与开发 15

1.7.2 对现有材料的改进 15

1.7.3 气体传感器的微型化、智能化和防尘化 15

1.7.4 加强气敏机理的研究 16

1.7.5 气敏元件的多品种化、低功耗和常温化 16

1.7.6 基础研究日趋活跃 16

1.7.7 纳米材料的应用 17

参考文献 18

第2章 ZnO纳米线的制备与表征 21

2.1 ZnO简介 21

2.1.1 ZnO的结构 21

2.1.2 ZnO应用前景 25

2.2 物理热蒸发法制备ZnO纳米线 26

2.2.1 工艺设备 26

2.2.2 制备工艺过程 27

2.2.3 设备及ZnO纳米线 27

2.2.4 工艺参数的影响 28

2.2.5 透射电子显微镜（TEM）表征 34

2.2.6 ZnO纳米线的生长机制分析 36

2.2.7 X射线衍射 38

2.3 Al2O3模板法制备ZnO纳米线 38

2.3.1 工艺流程 38

2.3.2 电化学抛光后的铝箔表面形貌分析 43

2.3.3 Al2O3模板的FESEM图及XRD图 44

2.3.4 ZnO纳米线的FESEM图及EDX图 45

2.3.5 多孔氧化铝膜的形成机理 46

2.3.6 模板法沉积ZnO纳米线的机理分析 47

参考文献 49

第3章 纯ZnO纳米线的气敏特性 52

3.1 气体传感器的制备 52

3.2 气敏元件的制备工艺流程 52

3.3 元件的气敏性能测试方法 54

3.3.1 元件的气敏性能测试装置与原理 54

3.3.2 气敏元件的测试方法 57

3.3.3 气敏元件的主要性能参数及其计算公式 58

3.4 纯ZnO纳米线的气敏性能 60

3.4.1 ZnO气敏基料的制备 60

3.4.2 不同烧结温度下ZnO纳米线的形貌图 61

3.4.3 烧结温度对ZnO纳米线乙醇蒸气性能的影响 62

3.5 气敏机理与影响因素 67

3.5.1 气敏机理探讨 67

3.5.2 ZnO纳米线对乙醇的气敏机理 68

3.5.3 影响气敏机理的主要因素 70

参考文献 71

第4章 金属掺杂及表面修饰ZnO纳米线的气敏特性 73

4.1 ZnO纳米线表面修饰Ag纳米颗粒的气敏性能 74

4.1.1 Ag纳米颗粒表面修饰ZnO纳米线的制备 74

4.1.2 Ag纳米颗粒表面修饰ZnO纳米线的表面形貌图 74

4.1.3 Ag纳米颗粒修饰的ZnO纳米线的XRD图 75

4.1.4 Ag纳米颗粒修饰对ZnO纳米线的气敏特性的影响 75

4.2 其他元素掺杂对ZnO纳米线气敏性能的影响 77

4.2.1 元素掺杂ZnO纳米线的制备 77

4.2.2 其他元素掺杂对ZnO纳米线温度—灵敏度曲线 78

4.2.3 元素掺杂的ZnO纳米线对乙醇蒸气的响应—恢复特性 79

4.2.4 元素掺杂的ZnO纳米线的XRD图 80

4.2.5 紫光激发对Ag纳米颗粒修饰ZnO纳米线气敏性能的影响 81

4.2.6 紫光激发对ZnO纳米线气敏性能提高的原因分析 84

4.3 掺杂提高气体灵敏度的机理分析 85

4.3.1 掺杂提高气体灵敏度的基本原理 85

4.3.2 稀土氧化物掺杂提高ZnO纳米线气体灵敏度的原因分析 85

4.3.3 金属掺杂提高ZnO纳米线气体灵敏度的原因分析 86

4.3.4 Ag纳米颗粒修饰对提高ZnO纳米线气敏元件电阻的原因分析 86

4.3.5 Ag纳米颗粒修饰对提高ZnO纳米线气敏元件乙醇灵敏度的原因分析 87

4.3.6 不同掺杂对提高ZnO纳米线对不同气体灵敏度的选择性分析 87

参考文献 88

第5章 有机导电材料与ZnO纳米线复合的气敏特性 90

5.1 导电高分子简介 90

5.2 聚苯胺简介 91

5.2.1 聚苯胺的合成 91

5.2.2 聚苯胺的聚合机理 92

5.2.3 聚苯胺的导电机理及气敏机理 94

5.3 聚苯胺的制备 95

5.3.1 聚苯胺的制备工艺[17] 96

5.3.2 制备聚苯胺与氧化锌的复合材料 97

5.3.3 聚苯胺的表征 97

5.3.4 工艺参数对纯聚苯胺NH3气体灵敏度的影响 100

5.4 工艺参数对于聚苯胺-氧化锌复合材料NH3气敏性能的影响 105

5.4.1 目标气体浓度的影响 105

5.4.2 复合材料的复合比例的影响 106

5.4.3 工作温度的影响 107

5.4.4 复合材料的响应—恢复性能 107

参考文献 109

第6章 ZnO纳米线气敏传感器对气体的识别 111

6.1 气体的识别检测 111

6.1.1 气体识别检测简介 111

6.1.2 气体识别检测技术的发展 111

6.2 ZnO纳米线气敏元件对气体种类的判别 112

6.2.1 ZnO纳米线气敏元件阵列 112

6.2.2 识别气体种类的最近邻域法 112

6.2.3 ZnO纳米线气敏元件阵列对单一样气的测试和识别 116

6.2.4 ZnO纳米线气敏元件阵列对混合气体的识别 118

6.3 ZnO纳米线气敏元件对气体浓度的初步判定 120

6.3.1 利用ZnO纳米线气敏元件对气体浓度进行判定的机理 120

6.3.2 利用ZnO纳米线气敏元件性能与测试气体浓度关系曲线的拟合方程对气体浓度进行判定 122

6.4 基于神经网络的纳米ZnO气敏传感器阵列的气体识别 127

6.4.1 人工神经网络简介 127

6.4.2 纳米ZnO基气敏传感器阵列的构建 127

6.4.3 基于BP神经网络对目标混合气体种类的识别 128

6.4.4 气体种类的识别 130

6.4.5 相对浓度高低的识别 131

参考文献 132

第7章 Ga掺杂改性ZnO的第一性原理计算 133

7.1 计算材料学方法简介 133

7.2 第一性原理简述 134

7.2.1 密度泛函理论的简述 134

7.2.2 CASTEP简介 135

7.2.3 赝势平面波方法 136

7.2.4 结构优化 137

7.3 计算方法和理论模型 138

7.3.1 计算方法 138

7.3.2 理论模型 138

7.4 Ga掺杂ZnO的晶体结构和电子结构 139

7.4.1 Ga掺杂ZnO的晶格结构 139

7.4.2 形成能的计算 140

7.4.3 Ga掺杂ZnO电子结构 140

7.5 Ga掺杂ZnO的气敏机理 146

7.5.1 吸附机理 147

7.5.2 理论模型和计算方法 147

7.5.3 本征ZnO对CO的气敏机理 149

7.5.4 Ga掺杂ZnO对CO的气敏机理 151

参考文献 153