摘 要

醇类气体具有易燃易爆等特性，且大多数醇类会对人体造成伤害，因此对醇类气体的检测至关重要。金属氧化物半导体由于对醇类气体具有灵敏度高等优势，而受到气敏领域的广泛关注。

本文采用水热法制备了ZnO纳米阵列，并以此制作气敏器件，检测了其对甲醇、乙醇和丙醇的气敏性能。依据其对不同醇类的灵敏度随温度变化的趋势，推导出ZnO纳米阵列对醇类气体响应的气敏机理。具体的研究成果如下：

（1）采用水热法制备出垂直生长，分布均匀的ZnO纳米阵列；

（2）测试ZnO纳米阵列对甲醇、乙醇和丙醇的气敏性能，发现其对醇类气体均有很好的响应；

（3）通过比对ZnO纳米阵列对甲醇、乙醇和丙醇的气敏性能，初步推导出ZnO气敏传感器对醇类气体的气敏机理。

研究结果表明：对于不同的醇类气体，ZnO气敏传感器的响应结果不尽相同。但通过对不同的醇类气体注入浓度及灵敏度的对比，结合下文(23)式，我们可以推测注入浓度c与灵敏度s之间存在以下关系，即

关键词：氧化锌；醇类；气体传感器；气敏机理

Abstract

Alcohol gas is inflammable and explosive with some other features, and majority of alcohols are harmful for human, so it is very important to test the alcohol gas. Metal oxide semiconductor attract the attention of gas sensitivity areas due to its advantage of high sensitivity towards alcohol gas.

In this article, we use hydrothermal to prepare ZnO nano-arrays, and then producing the gas sensors to test the gas sensitivity of methanol, ethanol and propanol. According to its sensitivity of different alcohols trends with temperature variation, we could derive a conclusion about the gas-sensing properties of ZnO nano-arrays towards various alcohols. The specific results are as follows.

1. Make the preparation of ZnO nano-arrays which are vertical and equally distributed by hydrothermal.
2. Test the gas-sensing properties of ZnO nano-arrays towards methanol, ethanol and propanol, find that it has a good response to various alcohols.

(3)Preliminary derived the gas-sensing mechanism of ZnO gas sensors towards various alcohols by comparing the gas-sensing properties of ZnO nano-arrays to methanol, ethanol and propanol.

For different alcohol gases, ZnO gas sensor response is different. But by different concentration of alcohol gas and contrast sensitivity. Combined with below equation, we can make the conclusion that there is the following relationship between the concentration c and sensitivity s, that is

Key Words：Zinc Oxide; alcohol; gas sensor; mechanism

目 录

第1章 绪论 1

1.1 纳米材料 1

1.1.1 纳米材料的分类 1

1.1.2 纳米材料的特性 2

1.1.3 纳米材料的发展前景 2

1.2纳米气体传感器 3

1.2.1气体传感器的分类与发展 3

1.3纳米氧化锌 4

1.3.1一维纳米氧化锌的简介 4

1.3.2一维纳米氧化锌的制备方法 4

1.3.3纳米氧化锌材料的用途 5

1.4原位漫反射傅立叶变换红外光谱研究 6

1.5 醇类气体 7

1.5.1 研究醇类气体的重要性 7

1.5.2 醇类气体与气敏材料的反应研究 7

1.6 本文研究内容 7

第2章 氧化锌纳米阵列的制备及表征 9

2.1 ZnO纳米阵列的制备 9

2.1.1 实验仪器及试剂 9

2.1.2 水热法制备ZnO纳米阵列 10

2.2 ZnO纳米阵列的结构表征 10

2.2.1 XRD物相分析 10

2.2.2 SEM显微结构分析 11

2.3 基于ZnO纳米阵列的气敏元件的构筑 11

第3章 ZnO纳米阵列的结构与气敏性能研究 13

3.1 ZnO纳米阵列的结构分析 13

3.1.1 ZnO纳米阵列的XRD物相分析 13

3.1.2 ZnO纳米阵列的FESEM形貌分析 13

3.2 ZnO纳米阵列的气敏性能 14

3.2.1 ZnO纳米阵列对醇类气体的响应 14

3.2.2 ZnO纳米阵列对醇类气体的敏感机理 17

3.2.3不同醇类灵敏度与浓度对比图 24

第4章 结论与展望 27

4.1主要结论 27

4.2 展望 27

参考文献 28

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 纳米材料

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1-100 nm）或由它们作为基本单元构成的材料，20世纪80年代中期，研究人员成功研发出第一批纳米材料，此后纳米材料开始逐渐成为各个领域的研究热点。而以纳米颗粒、纳米棒、纳米管等作为结构的纳米单元，按照一定的规则排列起来就形成纳米阵列。纳米阵列因其不同于宏观材料的诸多特殊性质，现被广泛应用于生物科技、气敏研究等各个方面。

1.1.1 纳米材料的分类