基于纳米结构NiO的气敏传感器的研制

中文摘要............................................................................................................... I 英文摘要............................................................................................................ I II 第一章绪论.. (1)

1.1纳米氧化物半导体材料 (1)

1.1.1概述 (1)

1.1.2特性 (1)

1.1.3制备方法 (1)

1.2纳米金属氧化物气敏材料及气体传感器 (2)

1.2.1纳米金属氧化物气敏材料 (2)

1.2.2金属氧化物气敏传感器 (2)

1.3纳米结构NiO的研究进展 (4)

1.3.1NiO的基本特性 (4)

1.3.2纳米结构NiO的应用 (5)

1.3.3纳米结构NiO的制备方法 (5)

1.3.4纳米NiO基气敏传感器的研究现状 (6)

1.4电沉积法简介 (7)

1.4.1概述 (7)

1.4.2电沉积纳米晶的机理 (8)

1.5花状形貌微结构的研究现状和特性 (9)

1.5.1花状结构ZnO (10)

1.5.2花状结构Au、Ag (11)

1.5.3花状结构TiO (12)

1.5.4花状结构SnO2 (12)

1.5.5花状结构NiO和Ni(OH)2 (12)

1.6NiO基气体传感器的气敏机理 (16)

1.6.1 NiO呈现p型半导体性质的原因 (16)

1.6.2 NiO的气敏机理的理论模型 (20)

1.7本研究的目的和意义 (28)

1.8主要研究内容及创新点 (29)

1.8.1研究内容 (29)

1.8.2创新点 (30)

1.8.3研究历程 (31)

本章参考文献 (32)

第二章电沉积法制备片状和玫瑰花状纳米结构NiO (41)

2.1电沉积参数对沉积产物结构的影响 (41)

2.1.1电流密度 (41)

2.1.2有机添加剂 (41)

2.1.3电解液成分和浓度 (42)

2.1.4电解液pH值 (42)

2.1.5电解液温度 (43)

2.2电沉积法制备纳米结构NiO (43)

2.2.1实验仪器设备与试剂 (43)

2.2.2制备过程 (44)

2.2.3样本表征 (46)

2.3结果与讨论 (47)

2.3.1物相分析 (47)

2.3.2沉积参数的确定 (52)

2.3.3花状纳米颗粒生长机理探讨 (58)

2.4本章小结 (61)

本章参考文献 (63)

第三章基于不同纳米结构的NiO气敏传感器 (65)

3.1引言 (65)

3.2实验 (65)

3.2.1实验仪器与试剂 (65)

3.2.2气体传感器的制作 (66)

3.2.3气敏性测试系统结构与原理 (68)

3.2.4常用试剂的气敏性测试 (71)

3.2.5影响因素 (74)

3.2.6气敏材料的表征和微观结构分析 (74)

3.3结果与讨论 (74)

3.3.1传感器电阻与温度的关系 (74)

3.3.2温度-灵敏度关系 (76)

3.3.3气体体积分数-灵敏度 (77)

3.3.4响应-恢复时间 (81)

3.3.5传感器表面微观结构 (85)

3.3.6传感器制备工艺对器件性能的影响 (86)

3.3.7传感器对不同气体灵敏度差异的原因分析 (93)

3.4提高纳米NiO基气敏传感器性能的途径 (93)

3.4.1缩小晶体颗粒尺寸 (94)

3.4.2控制气敏材料表面形貌 (94)

3.4.3掺杂添加剂 (95)

3.5本章小结 (96)

本章参考文献 (98)

第四章三种高功函数纳米金属负载NiO基气敏传感器性能的影响 (100)

4.1引言 (100)

4.2实验背景 (100)

4.3Au纳米柱负载 (102)

4.3.1实验材料 (102)

4.3.2实验步骤 (103)

4.3.3测试结果 (103)

4.4Pt纳米颗粒负载 (111)

4.4.1实验材料 (111)

4.4.2实验步骤 (111)

4.4.3测试结果 (112)

4.5玫瑰花状Ni纳米颗粒负载 (116)

4.5.1实验材料 (116)

4.5.2实验步骤 (116)

4.5.3测试结果 (117)

4.6 讨论 (121)

4.6.1金属负载对器件电阻的影响 (121)

4.6.2金属负载对器件最佳工作温度的影响 (122)

4.6.3金属负载对器件灵敏度的影响 (123)

4.6.4金属负载对器件响应/恢复时间的影响 (124)

4.7本章小结 (125)

本章参考文献 (127)

第五章NiO晶体(111)表面吸附能和态密度的模拟计算 (128)

5.1引言 (128)

5.2密度泛函理论 (129)

5.3第一性原理计算与Materials Studio软件 (129)

5.4模型的建立 (130)

5.4.1NiO晶体模型 (130)

5.4.2NiO晶体(111)晶面模型 (131)

5.4.3NiO表面的缺陷模型 (134)

5.4.4存在缺陷的NiO表面的氧吸附模型 (134)

5.4.5氧吸附后的NiO表面暴露于还原性气体中的模型 (135)

5.5结果和讨论 (137)

5.5.1NiO表面的吸附能 (137)

5.5.2NiO吸附过程的态密度变化 (139)

5.6本章小结 (145)

本章参考文献 (147)

第六章总结与展望 (148)

6.1全文总结 (148)

6.2展望 (150)

6.2.1电沉积法制备NiO的改进 (150)

6.2.2玫瑰花状Ni纳米颗粒的应用前景 (151)

6.2.3玫瑰花状NiO纳米颗粒的应用前景 (152)

6.2.4基于NiO纳米颗粒的气敏传感器的研究前景 (152)

6.2.5对NiO晶体表面特性模拟计算的研究前景 (152)

本章参考文献 (154)

在学期间的研究成果 (155)

致谢 (156)