1. 研究目的与意义（文献综述）
随着大气污染日益影响人们的生活和工作，实现对污染气体的检测显得至关重要，这也对气体传感器提出更高要求。金属氧化物半导体纳米材料由于灵敏度高、体积小、成本低等优点而受到普遍关注。其中，zno是一种宽禁带(室温下3.37 ev)并且具有很高激子结合能的直接带隙半导体材料，它具有电子迁移率高、热稳定性好、响应快和恢复快等优异特性，可以检测出co、h2s、vocs多种有毒有害气体，因此一直是气敏领域研究的热点。
选择性是评估气敏传感器的重要指标。目前，国内外已有众多学者围绕zno气敏材料选择性做了大量研究工作。chen等在sio2表面利用原子层沉积技术及水热法合成直径约为50 nm的zno纳米线阵列，其在573 k下对50ppb浓度的h2s的气敏响应值很高，对h2s表现很好的选择性。yu等人由表面溶液工艺制备的zno纳米片，室温下测试其气敏性能发现其对no2有很好的选择性。mhlongo等人通过化学制备后煅烧得到的纯的zno薄膜，研究发现在室温下其对nh3表现选择性响应。综上所述，对zno纳米材料的选择性的认识还不统一，关于zno对不同气体响应的差异的解释还不深入，这将影响气敏材料的性能优化和新型气敏材料的研发。这主要是由于目前还没有快速、准确的表面测试技术可以表征气体分子在材料表面的吸附和反应过程。
第一性原理计算可以模拟气体分子在材料表面的吸附和反应，为探究气敏机理提供一个有效途径。利用第一性原理对其选择性机理的解释也有报道，yuan等人运用密度泛函理论计算不同气体分子在zno(100)表面吸附所引起的表面重构和电荷转移情况，并计算了能带结构的变化。研究发现，相比co和nh3，乙醇分子的吸附会向zno转移更多电荷，禁带宽度的减小也更为显著，从而解释了zno对乙醇的选择性。然而，作者建立的模型没有考虑到吸附氧，虽然zno表面的吸附氧已经被大量实验证实。lin等人通过表面光伏响应和场诱导表面光伏谱，证明zno表面光电压的产生是由于吸附氧。iwamoto等结合程序升温脱附和电子自旋共振技术证明了在不同温度下zno表面具有两种形式的吸附氧。
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2. 研究的基本内容与方案
2.1 基本内容
2.1.1 器件制作与气敏测试
用旋涂法在玻璃片上制备籽晶层，之后用水热法制备zno纳米阵列，剥下zno层制作成气敏元件，采用ws-30a测试气敏器件的气敏性能。
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3. 研究计划与安排
第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，确定技术方案，并完成开题报告。
第4－7周：掌握material studio的建模方法和参数的含义。
第8－11周：构建不同气体分子在zno表面的吸附模型，模拟气体分子在zno表面的吸附和反应过程。
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4. 参考文献（12篇以上）
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