低维与多级纳米氧化钒的制备与气敏特性研究

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现代社会安全问题日益突出,对可靠性气体检测要求越来越高。生物、化工、医学和食品行业对具有高灵敏度、稳定性、选择性以及便携性等特征的乙醇气体传感器产生了日益迫切的需求,半导体氧化物纳米线基气体传感器在对环境保护和人体健康方面彰显了巨大的发展潜力和应用空间。本论文研究了超分散V2O5纳米线纳米棒以及V2O5多级纳米网络结构的种子层诱导原位制备并评价了其对乙醇气体的敏感性能。在镀有叉指Pt电极的氧化铝基底上采用种子层诱导原位水热合成了V2O5多级纳米网络结构,实现了材料生长和传感器件组装的一步完成。通过控制不同偏钒酸铵反应物浓度,发现在氧化铝基底上分别形成了多孔纳米花状和纳米蜂巢状的V2O5多级纳米网络结构,尤其是多孔花状纳米结构由极细的纳米针和纳米线自组装构成,并由无序重叠的纳米线、纳米带紧密联系形成网络结构,呈现出一种多孔疏松状的连续网状特征。V2O5多级纳米网络结构气敏元件对乙醇气体表现出双工作温度特性,在室温(20℃)和250℃下对乙醇气体均显示出了高的灵敏度,好的选择性和快速的响应恢复特性。在该双工作温度下,V2O5多级纳米花型网络传感器可分别实现对浓度低至25ppm和5ppm的稀薄乙醇气体的高灵敏探测。随着工作温度的升高,V2O5纳米网络结构的导电类型由室温下的p型导电特征逐渐转变为n型导电特征。分析并探讨了其室温反常p型电导和升温导致的p-n导电转型的物理机理。以P123作为模板导向剂,采用简单热蒸发生长方法,在空气中热处理氧化铝基片上的偏钒酸铵前驱层合成了具有超分散特征的V2O5纳米线、纳米棒结构,其中单根纳米线的直径大约为50-100nm,长度约为10-20μm。纳米线/棒的超分散特性为单根线/棒的移植和基于单根纳米线/棒的纳米器件的构筑提供了更大的便利和可能性。
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