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随着物联网和微型健康气体检测仪等给人类的生活提供了极大的便利,同时气体传感器高温操作的缺陷越来越突出。开发低温操作的气体传感器是推动其快速发展的关键因素之一。敏感材料对气敏性能起到重要作用,选择合适的敏感材料有助于传感器性能改善。金属氧化物基传感器具有灵敏度高、寿命长和造价低等优势,这类材料有发展为高性能器件潜力而成为研究热点。然而目前金属氧化物基传感器仍然存在三个重要问题:(1)单一金属氧化物气敏材料的操作温度偏高;(2)检测时该类材料的选择性相对较差;(3)大气中湿度变化对该类材料影响较大。目前异质结是提升传感器性能,优化操作温度的重要途径。而氮化镓(GaN)作为第三类半导体具有高电子迁移率和化学稳定性好,易于形成异质结。因此本论文以金属氧化物的纳米材料为基础,与GaN或碳材料结合设计具有异质结的复合材料。首先基于该异质结的传感器实现气敏性能提升,然后实现低温的高性能气体检测为目标展开相关研究,从而解决金属氧化物基气体传感器存在关键问题。具体研究工作如下:1.将多孔氮化镓(PGAN)基层状异质结应用到湿度传感器,采用水热法制备六方氧化锌纳米片(ZnO),然后喷涂法制备ZnO/PGAN层状异质结,ZnO/PGAN基湿度传感器在12%-96%的宽相对湿度范围内的灵敏度为161.0,响应时间为7秒和恢复时间为13秒。阐述了水分子在ZnO/PGAN表面的响应机理。2.采用电沉积原位制备技术,通过控制沉积电压和时间,在GaN上形成不同形貌的ZnO,原位制备ZnO/GaN层状异质结。构筑二维ZnO/GaN气体传感器在浓度为50ppm H2S的情况下,在240℃时该传感器可实现82 s的响应时间和48 s的恢复时间,同时检测线降低到1 ppm。而构筑三维花状ZnO/GaN传感器在室温下对有机挥发物(50ppm乙醇)的响应恢复时间分别为12s和9s而且最低检测线降低至100 ppb。总结和详细讨论了 ZnO/GaN层状异质结的响应机理。3.采用水热原位制备ZnO/GONR内部异质结。该复合材料具有分级多孔结构,在NO2浓度为1 ppm-50 ppm范围内,ZnO/GONR基传感器在室温下对NO2响应值与气体浓度呈现出良好的线性关系(R2=0.997)。此外,该传感器对于臭氧、丙酮、乙醇、氢气、甲醇和甲醛等气体的灵敏度远远低于对NO2的灵敏度,因此它对NO2具有良好的选择性。4.除ZnO基异质结外,对其他金属氧化物也进行研究。采用原位水热法在柔性碳纳米管纤维(CNTF)上制备核壳CNTF/NiO异质结,将形成柔性核壳结构异质结应用到气体传感器上。在室温下,CNTF/NiO基传感器对50ppm H2S的灵敏度为35.2,同时该材料可180°任意弯折,而且在90次-600次弯折后气体响应波动为1.2%。