【摘 要】
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敏感材料是决定气体传感器性能的核心部分。ZnO,In2O3等半导体金属氧化物因其结构简单、物美价廉以及良好的气敏性能等优势成为了气体传感器敏感材料的最佳选择。黑磷,一款全新的类石墨烯结构二维材料,凭借其超大的比表面积,超高的载流子迁移率等优势,成为了气敏材料的新宠。与此同时,我们研究发现,将传统的半导体金属氧化物(ZnO,In2O3等)和黑磷烯纳米片复合,能够很好的提升传感器的灵敏度,降低工作温度
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敏感材料是决定气体传感器性能的核心部分。ZnO,In2O3等半导体金属氧化物因其结构简单、物美价廉以及良好的气敏性能等优势成为了气体传感器敏感材料的最佳选择。黑磷,一款全新的类石墨烯结构二维材料,凭借其超大的比表面积,超高的载流子迁移率等优势,成为了气敏材料的新宠。与此同时,我们研究发现,将传统的半导体金属氧化物(ZnO,In2O3等)和黑磷烯纳米片复合,能够很好的提升传感器的灵敏度,降低工作温度,提高选择性、响应恢复速率以及长期稳定性。这对于构筑室温或低温高灵敏度的气体传感器具有重要意义。本文首先通过液相剥离法成功制备厚度仅2~4层的黑磷烯纳米片层。探究了超声功率、时间等参数对黑磷烯剥离的影响,最终能够快速、高效、稳定制备高质量的黑磷烯纳米片层。其次,成功制备了BP-In2O3复合材料,并以此构筑了高性能的室温NO2传感器。采用微波辅助水热的方式合成了In2O3微米棒,将超声分散好的BP纳米片与In2O3微米棒通过物理掺杂方式,制备了BP-In2O3复合材料。随后我们研究了不同黑磷烯掺杂量下,BP-In2O3的气敏性能。当BP掺杂量为1 wt%,复合材料在室温下对NO2具有最出色的气敏特性。并且详细分析了黑磷烯掺杂提升复合材料气敏性能的原因。除此之外,通过(XPS),拉曼光谱(Raman Spectra)等表征方式探究了复合物中黑磷烯的环境稳定性。最后,我们将黑磷烯通过化学掺杂方式制备了BP-ZnO复合材料,研究了其在140℃下对甲醛的气敏性能。以BP纳米片为掺杂剂,使用微波辅助水热的方式制备了不同掺杂浓度的BP-ZnO纳米球。气敏测试结果表明:BP-ZnO对甲醛具有更好的气敏性能。根据扫描电子显微镜(SEM)、投射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)等对BP-ZnO复合材料进行了表征。从能带结构理论角度讨论了黑磷烯掺杂后复合材料气敏提升的原因。本研究探讨了液相剥离法中不同的制备参数对黑磷烯纳米片层分散效果的影响。研究了将BP纳米片层使用不同的掺杂方式(物理和化学掺杂)、不同掺杂浓度对经典半导体金属氧化物(ZnO,In2O3)气敏性能的影响。这些研究为构筑高性能的气体传感器提供了新思路和宝贵的研究经验。
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