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微/纳米结构薄膜是下一代气敏传感器件的重要材料,其气敏特性与结构、形态直接相关,近年来日益受到关注。然而,这种薄膜的结构、形态可控合成是目前人们所面临的挑战。本文在本小组已有工作基础上,基于单层胶体晶体及其在液体介质中的可转移特性,开展了微/纳米结构多孔薄膜的可控合成及其气敏特性研究,着重于寻求新型微/纳米结构多孔薄膜,探索薄膜结构及成份对气敏参数的调控、薄膜的气敏增强机理等。论文的主要内容与结果如下:
1.设计、搭建了可用于多路气体检测的薄膜型气敏测试系统,经过调试运行使得各部分均达到要求,为全面、深入开展微/纳米结构多孔薄膜气敏传感器件研究提供了技术平台。
2.提出了微/纳米结构异径多孔薄膜多层组合的概念;发展了多层异径多孔薄膜组合的逐层构筑策略,在所需的衬底上直接合成了双层异径、双层异质及双层掺杂微/纳米结构多孔薄膜。这种方法简单易行,孔隙率、膜厚可控,可在任意衬底上构筑微/纳米结构多孔薄膜。这一策略可望为构造微/纳米结构器件提供一种新的便捷方法。
3.基于上述策略,在预制有电极的陶瓷管表面上直接合成多层异径微/纳米结构多孔薄膜,构建了具有实用价值的微/纳米结构气敏传感器件;发现这种气敏元件,避免了单一尺寸的孔径所导致的灵敏度和响应时间的互相制约;通过孔径控制及不同孔径的多层组合实现了气敏参数在较大范围的按需调控。
4.提出了灵敏度-响应时间的二维构图,为传感器件气敏性能提供了简单明了的衡量途径,进而可按敏感参数值的需要,设计、构筑多孔薄膜微/纳米结构,构建所需敏感参数的传感器件。这对按敏感参数需要设计下一代微/纳米结构气敏器件具有指导意义,有望为新型微/纳米结构气敏器件的实用化提供近期可实现性。
5.考察了离子掺杂种类对有序微/纳米结构多孔薄膜气敏特性的影响行为,探究并分析了离子掺杂多孔薄膜的敏感机理。通过调节离子的掺杂量分别实现了对氨气和乙醇气体的高选择性,为解决薄膜的气敏选择性问题提供了新途径。初步探索了异质微/纳米结构多孔薄膜的气敏特性及机理。为下一步研制具有良好选择性的多孔薄膜传感器件提供了新途经。
6.发展了一种低温、快速合成方法,获得了饼状双层ZnO纳米结构;提出了极性场诱导的生长模型;更为重要的是,这种新型ZnO纳米结构具有极强的紫光发射,有望在下一代的光电器件上得到应用。