ZnO纳米线的制备方法及应用
《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》范文
《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域展现出巨大的应用潜力。
其中，氧化锌（ZnO）纳米线因其高表面活性、良好的电子传输性能以及在光电器件、传感器等方面的广泛应用，受到了广泛关注。
本文将重点探讨ZnO纳米线阵列的可控制备方法及其在气敏性领域的应用研究。
二、ZnO纳米线阵列的可控制备1. 制备方法ZnO纳米线阵列的制备主要采用化学气相沉积法（CVD）。
该方法通过控制反应温度、反应物浓度、生长时间等参数，实现对ZnO纳米线尺寸、形貌和密度的调控。
此外，还可以结合其他物理或化学方法，如溶胶-凝胶法、模板法等，进行复合制备。
2. 制备过程（1）准备工作：准备清洗干净的基底（如硅片、玻璃等），以及所需的反应物（如Zn粉、氧化锌粉末等）。
（2）反应过程：在特定的温度和压力下，将反应物加热至反应温度，通过控制反应时间，使ZnO纳米线在基底上生长。
（3）后处理：反应结束后，对样品进行清洗和干燥处理，以去除残留的反应物和杂质。
三、气敏性研究1. 气敏性原理ZnO纳米线具有较高的表面活性，能够与气体分子发生相互作用，导致其电阻发生变化。
这种变化与气体分子的种类、浓度以及温度等因素有关，从而实现对气体的检测和识别。
2. 实验方法（1）气敏性能测试：通过将ZnO纳米线阵列置于不同浓度的目标气体中，测量其电阻变化，分析其气敏性能。
（2）对比实验：选择其他类型的ZnO纳米材料或传统传感器进行对比实验，以评估ZnO纳米线阵列的优越性。
3. 实验结果与分析（1）结果展示：通过实验测得ZnO纳米线阵列在不同浓度目标气体下的电阻变化曲线。
（2）结果分析：分析ZnO纳米线阵列的气敏性能与气体浓度、温度等因素的关系，探讨其气敏机理。
同时，与对比实验结果进行比较，分析ZnO纳米线阵列的优越性。
四、结论本文研究了ZnO纳米线阵列的可控制备方法及其在气敏性领域的应用。
ZnO纳米材料的制备与应用
1.1 纳米材料概述上世纪70年代纳米颗粒材料问世,80年代中期在实验室合成了纳米块体材料,80年代中期以后,成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点。
纳米材料研究的内涵不断的扩大,从最初的纳米颗粒(纳米晶、纳米相、纳米非晶等以及由它们组成的薄膜与块体,到纳米丝、纳米管、微孔和介孔材料(包括凝胶和气凝胶[1]。
纳米微粒的粒径一般在1~100nm,具有粒子尺寸小、比表面积大、表面原子数多、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大等特点,其组成的材料具有量子尺寸效应、表面效应、体积效应和宏观量子隧道效应,不同寻常的电学、磁学、光学和化学活性等特性,已在化工、制药、微电子、环境、能源、材料、军事、医学等领域展示了广泛的应用前景[2]。
1.2 氧化锌(ZnO概述氧化锌(ZnO是一种新型无机化工材料,它既是性能优良的压电、热电和铁电材料,同时也是一种新型的宽禁带半导体材料,被广泛应用于橡胶、染料、油墨、涂料、玻璃、压电陶瓷、气体传感器、图像记录材料、光电子及日用化工等领域,特别是纳米ZnO用于毛织物的后整理,使织物具有抗菌除臭、消毒、抗紫外线的功能,国内外在纳米ZnO制备和应用领域的研究正在不断的加强和深化。
目前己经制备出了多种不同形貌的ZnO一维纳米材料,并在激光、场发射、光波导、非线性光学等领域上有了新的用途[3]。
1.2. 1纳米ZnO的性质纳米氧化锌为白色粉末,其粒子尺寸小,比表面积大,因而它具有明显的表面与界面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子遂道效应以及高透明度、高分散性等特点,使其在化学、光学、生物和电学等方面表现出许多独特优异的物理和化学性能。
室温下,ZnO禁带宽度约为3.37eV,是一种新型的宽禁带直接带隙化合物半导体材料。
其激子束缚能高达60meV,在室温下不会全部分解,这意味着ZnO光致发光和受激辐射具有较低的闭值,因而更易在室温下实现高效受激发射。
ZnO被认为是一种更合适的用于室温或更高温度下的紫外光发射材料。
ZnO纳米材料的制备方法及应用
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — １ １ － ０ ３
基金项 目： 吉林农业大学校 内科研启动基金 （ ２ ０ １ ２ ３ ８ ）
作者简 介： 李雪 （ １ ９ ７ ９ － ） ， 女， 吉林 长春人 ， 硕士研究生 ， 主要从事纳米半导体材料特性研究 。
小 晶 粒 。
可以分为直流磁控溅射法 和射 频磁控溅 射法 。 磁控 溅射
的基本原理是利用 Ａ ｒ 气和 ０ 气 混合 气体 中的等 离子 成膜 速率 高
物 理
方
磁控溅射法 体 ， 在 电场 和交 变磁 场的作用下被 加速 的高能粒子 轰击 粘 附性好 靶材表面 ， 能量 交换后靶 材表面 的原子脱 离原 晶格 而逸
容如 表 ｌ 。
２ Ｚ ｎ Ｏ纳 米 材 料 的 应 用
２ ． １ 光 催化 剂
随着 工业 和经济 的发 展 ， 全球 环境 污染 日益 严重 ， 光催 化法 降解有 机污 染物 是 目前解 决 这一 问题 最有效
的途径。 与Ｔ ｉ Ｏ ： 相 比， Ｚ ｎ Ｏ是直接带隙半导体 ， 其电子跃迁几率远高于 Ｔ ｉ Ｏ ： ， 因此有着更高的量子效率 ， Ｚ ｎ Ｏ 中存在 较多 氧空位 ， 能够 加速 电子 一空 穴对 的分 离 ， 因此有更 高 的降解 效率 ， Ｚ ｎ Ｏ的光 不稳 定性 问题 可 以通 过控制结 构生 长得 到有 效 解 决 ， 这对 于 Ｚ ｎ Ｏ做 为 光 催 化 剂 的 研 究 具 有 很 强 的 现 实 意 义 。 Ｎ ａ ｚ ａ ｒ Ｅ ｌ ａ ｍｉ ｎ等 人¨ 制备 Ｚ ｎ Ｏ纳米材 料光催 化 剂 ， １ １ ０分钟 后 ， 甲基橙 几乎 全部 降解 。 Ｊ ｉ ａ Ｚ ｈ ｉ — ｇ ａ ｎ ｇ等人 。 。 制 备 了负载银 的
纳米zno的制备与应用
纳米zno的制备与应用
一、制备方法
1、水溶法：水溶法是制备纳米ZnO的简便方法，可采用连续（水-硝
酸甲酯）、隔离（亚硝酸乙酯或酒精-硝酸甲酯）分步法，在反应液中
向锌溶液添加过量浓硝酸，使溶液pH降低到≤2。
在搅拌条件下使锌溶
液和硝酸发生反应，形成纳米锌硝酸。
在增加浓乙醇或水的添加下硝
酸制备出不同的形貌的纳米ZnO粒子。
2、氧化还原反应：可以将氧化锌与还原剂进行氧化还原反应，从而在
一定pH范围内制备出纳米ZnO粒子，氧化还原反应过程可以由X射
线衍射、扫描电镜等表征分析仪表进行表征。
3、溶液浸渍法：它是把染料溶液，碱金属氢氧化物和无机酸比较平衡
地溶液等介质前加入Zn(II)离子，制备出具有不同形貌的纳米ZnO粒子，此法做法简便。
4、共沉淀法：将酸性和碱性的底物混合，随后向其中加入Zn(II)离子，在碱性底物的碳酸钙、硅酸钙的存在下，再缓缓加入氢氧化钾溶液，ZnO的纳米颗粒会在pH范围内沉淀到底物表面，即可得到纳米ZnO
粒子。
二、应用：
1、电子器件：ZnO纳米粒子具有较高的非线性折射率，此特性使其成
为数码电子器件中的主要组件。
纳米ZnO多晶硅材料具有优异的机械
强度和电磁介质性，因此其在可靠性和耐热性方面特别有利。
2、光学元件：纳米ZnO具有上至真空处的高反射率和强的抗紫外线能
力，因此应用于需要高反射和抗UV的光学元件。
3、量子点：纳米ZnO也被用于制造量子点，量子点具有非常独特的物理特性和电子特性，使其成为生物技术与材料学研究中重要的技术工具。
《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》
《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》篇一一、引言随着纳米科技的不断进步，ZnO纳米材料因其独特的物理和化学性质在许多领域都表现出广泛的应用前景。
其中，ZnO纳米线阵列以其优异的电学、光学和气敏性能，在传感器、光电器件等领域具有重要应用价值。
本文将重点探讨ZnO纳米线阵列的可控制备技术及其气敏性能的研究进展。
二、ZnO纳米线阵列的可控制备1. 制备方法ZnO纳米线阵列的制备方法主要包括化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、水热法等。
其中，化学气相沉积法因其制备过程简单、可控制备条件等优点，成为目前较为常用的制备方法。
2. 制备过程在化学气相沉积法中，首先将锌源（如氧化锌粉）置于反应炉中，然后在一定温度下进行热解。
通过调节温度、气氛等参数，使锌源在基底上形成ZnO纳米线阵列。
此外，还可以通过掺杂其他元素来改善ZnO纳米线阵列的性能。
3. 可控制备技术可控制备技术是实现ZnO纳米线阵列性能优化的关键。
通过调整反应条件、掺杂元素等手段，可以实现对ZnO纳米线阵列的尺寸、形貌、结晶度等性能的精确控制。
此外，还可以通过优化制备工艺，提高ZnO纳米线阵列的产率和纯度。
三、气敏性能研究1. 气敏性能测试方法气敏性能测试是评估ZnO纳米线阵列性能的重要手段。
通过测量ZnO纳米线阵列在不同气体浓度下的电阻变化，可以评估其气敏性能。
常用的测试方法包括静态测试和动态测试。
2. 气敏性能影响因素ZnO纳米线阵列的气敏性能受多种因素影响，包括材料本身的性质（如尺寸、形貌、结晶度等）、制备工艺以及测试条件等。
通过优化这些因素，可以提高ZnO纳米线阵列的气敏性能。
3. 气敏性能应用ZnO纳米线阵列在气体传感器领域具有广泛应用。
由于其高灵敏度、快速响应和低功耗等优点，ZnO纳米线阵列可应用于检测有毒气体、可燃气体以及环境监测等领域。
此外，还可以通过掺杂其他元素或与其他材料复合，进一步提高其气敏性能。
四、结论与展望本文对ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性能进行了研究。
zno纳米线
ZnO纳米线的研究进展摘要：ZnO纳米线是很重要的准一维纳米材料。
本文主要介绍ZnO纳米线的合成、结构分析、特性和应用。
首先，本文讨论了纳米线合成步骤的设计以及分别通过气相和化学生长方法合成纳米线。
其次，本文描述了ZnO纳米线独特的光电性能和气敏特性。
最后，本文对一些使用纳米线制作的新器件和应用进行了跟踪报道，如超灵敏的化学生物纳米传感器，染料太阳能电池，发光二极管，纳米激光器等。
1. 引言在纳米技术领域，最引人注目并且最具代表性的一维纳米结构主要有三种：碳纳米管、硅纳米线和ZnO纳米线/纳米带。
ZnO作为一种优良的纳米材料，已经引起人们很大的兴趣。
ZnO作为一种重要的半导体材料，在光学、光电子学、能源、生物科技等方面有广泛的应用（图1）[1]。
它所展现出的丰富的纳米结构形态，是其它材料无法比拟的。
图1 ZnO特性和应用的概要[1]2. ZnO的晶体结构通常情况下，ZnO具备纤锌矿结构，其晶胞为六角形，空间群为C6mc，晶格常数为a = 0.3296nm，c = 0.52065nm。
O2-和Zn2+构成正四面体单元，整个结构缺乏中心对称。
ZnO的结构可以简单描述为：由O2-和Zn2+构成的正四面体组成的大量交互平面，沿c轴叠加形成的，如图2所示[2]。
图2 ZnO的纤锌矿结构[2]3. ZnO纳米线的合成氧化物纳米结构的合成主要通过高温下的物理气相生长途径和低温下的化学途径。
3.1 VLS生长纳米线可以应用于制作激光器、发光二极管及场效应晶体管。
ZnO纳米线生长需要用到基底和晶体颗粒。
大规模优良的垂直ZnO纳米线阵列最早生长在（1120）晶面取向的蓝宝石基底上，其中用Au纳米颗粒做催化剂[3]。
不像通常的VLS过程，纳米线阵列的生长需要适当的生长速率，因为催化剂需要是熔融态，并且构成合金，从而一步步凝结，最后在蓝宝石表面上完成外延生长。
因此，需要相对较低的生长温度来减小气体浓度。
把ZnO和石墨粉末混合在一起，也就是碳热蒸发，可以把气化温度从1300℃降低到900℃。
《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》
《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，ZnO纳米材料因其独特的物理和化学性质，在传感器、光电器件、生物医药等多个领域具有广泛应用。
其中，ZnO纳米线阵列作为一种典型的纳米结构，其可控制备与性能研究成为了当前研究的热点。
本文将重点探讨ZnO纳米线阵列的可控制备方法及其在气敏性方面的应用研究。
二、ZnO纳米线阵列的可控制备1. 制备方法ZnO纳米线阵列的制备方法主要包括化学气相沉积法、水热法、溶胶-凝胶法等。
其中，化学气相沉积法因其制备过程简单、成本低廉、易于大规模生产等优点，成为了一种常用的制备方法。
在化学气相沉积法中，首先需要制备ZnO的前驱体溶液，然后将基底置于反应室中，通过加热、催化等手段使前驱体溶液在基底上生长成为ZnO纳米线阵列。
此外，通过调节反应参数如温度、压力、气氛等，可以实现ZnO纳米线阵列的形貌和尺寸的可控制备。
2. 可控制备技术为了实现ZnO纳米线阵列的可控制备，需要掌握一系列的制备技术。
首先，要选择合适的基底材料和前驱体溶液，以确保ZnO纳米线的生长质量和均匀性。
其次，要控制反应参数，如温度、压力、气氛等，以实现ZnO纳米线阵列的形貌和尺寸的可控。
此外，还需要对制备过程进行优化，如通过添加催化剂、调节反应时间等手段，进一步提高ZnO纳米线阵列的制备质量和效率。
三、气敏性研究1. 气敏性原理ZnO纳米线阵列具有优异的气敏性能，其原理主要与其表面吸附氧和目标气体分子的相互作用有关。
当目标气体分子与吸附在ZnO表面的氧发生反应时，会导致ZnO的电阻发生变化，从而实现对目标气体的检测。
此外，ZnO纳米线阵列的高比表面积和良好的电子传输性能也有助于提高其气敏性能。
2. 气敏性应用ZnO纳米线阵列在气敏性方面具有广泛的应用前景。
例如，可以用于检测空气中的有害气体如甲醛、苯等；也可以用于检测可燃气体如甲烷、氢气等；此外，还可以用于生物传感器的制备，如检测生物分子的浓度和活性等。
《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》范文
《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》篇一一、引言随着纳米科技的快速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域中展现出巨大的应用潜力。
其中，氧化锌（ZnO）纳米线因其高比表面积、良好的电子传输性能和优异的化学稳定性，在传感器、光电器件、生物医学等领域有着广泛的应用。
本文将重点研究ZnO纳米线阵列的可控制备技术及其在气敏性方面的应用。
二、ZnO纳米线阵列的可控制备1. 材料选择与制备方法ZnO纳米线阵列的制备主要采用化学气相沉积法。
首先，选择适当的锌源和氧源，如锌粉和氧气，然后通过高温反应生成ZnO纳米线。
通过控制反应温度、压力、反应时间等参数，可实现ZnO纳米线阵列的可控制备。
2. 制备过程中的关键因素在制备ZnO纳米线阵列的过程中，关键因素包括反应温度、反应时间和反应物的浓度。
反应温度过高或过低都会影响ZnO纳米线的生长质量和产率。
反应时间过短可能导致纳米线生长不完整，而过长则可能导致纳米线过粗，影响其性能。
反应物的浓度则直接影响到纳米线的密度和尺寸。
三、气敏性研究1. 气敏性原理ZnO纳米线具有优异的气敏性能，能够对外界气体浓度进行快速响应。
当气体分子吸附在ZnO纳米线表面时，会引起其电阻发生变化，从而实现对气体浓度的检测。
2. 实验设计与实施为了研究ZnO纳米线阵列的气敏性能，我们设计了不同浓度的气体实验。
首先，将制备好的ZnO纳米线阵列置于不同浓度的目标气体中，然后测量其电阻变化。
通过对比不同浓度气体下的电阻变化情况，评估ZnO纳米线阵列的气敏性能。
3. 结果与讨论实验结果表明，ZnO纳米线阵列对不同气体具有不同的响应特性。
在低浓度下，其对某些气体的响应更为敏感。
此外，通过改变反应条件，可以调整ZnO纳米线的尺寸和密度，从而优化其气敏性能。
同时，我们还发现ZnO纳米线阵列的气敏性能与其表面缺陷密切相关，适当增加表面缺陷可以提高其气敏性能。
四、结论与展望本文研究了ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性能。
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气相合成法示意图
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ZnO纳米线的制备方法
模板合成法
以多孔阳极氧化铝 (AAO) 为模板。 AAO 孔洞为六角柱形垂直模面呈有序平行排列， 孔密度大，孔径在5~200nm范围内可调。 优点：纳米线有序、长径比可控 缺点：模板上解离出产品困难, 模板溶解 会影响产品的纯度
ZnO纳米线的应用前景
ZnO压电器件-纳米线发电机
一些晶体的结构比较特别，缺乏对称性，当这种晶体受 到压力而改变形状时，便会放出少量的电流，这就是压 电效应。氧化锌就具备产生压电效应的特性。
ZnO 晶体 (1) “发梳”涂薄 金-作为电极 (2)“发梳”表面未经处理 相互摩擦 -- 涂金且较硬的 “发梳”(1)使(2)梳齿弯曲， 由于压电效应， ZnO 晶体 上出现电荷。 末端的电线可以将电流输 送到照明装置上，从而实 现机械能到电能的转换。
材料先进制备技术
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材料先进制备技术
氧化锌纳米线的制备方法 及应用
汇报人： 仇晓风
汇报日期：2013.11.25
目录
汇报内容：
1
ZnO纳米线的制备方法
2
ZnO纳米线的应用前景
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ZnO纳米线的制备方法
化学法
模板合 成法
气相合 成法
电化学 合成法
溶胶凝胶法
微乳液 法
水热合 成法
物理法：磁控溅射法、分子束外延法等
涂膜
热处理
薄膜 溶胶-凝胶法示意图
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ZnO纳米线的制备方法
微乳液法
利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个 均匀的乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得 纳米粒子。 优点：粒度分布较窄，粒径可控，粒子间不易团聚 缺点：表面活性剂用量大，成本高，不易回收
分子束外延法原理图
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ZnO纳米线的制备方法
气相合成法
利用高温物理蒸发，通过气体传输, 可使反应物沉积到低温衬 底上并生长为一维结构。 锌源： ZnO粉、Zn粉 优点：参数可控，容易实现控制生长，纯度高，结构复杂 缺点：高温600~ 1000℃, 成本高, 样品无序排列，不利于单根 纳米线的进一步的应用
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ZnO纳米线的制备方法
磁控溅射法
电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞， 电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的 作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原 子（或分子）沉积在基片上成膜。 优点：牢固致密、高速低温，广泛用于工业生产多晶ZnO薄膜 缺点：靶刻蚀不均，高真空、设备较昂贵
发光二极管(LED)
发光二极管没有灯丝，产热少，寿 命长，是由半导体材料里的电子移 动而使它发光，发光颜色与半导体 的带隙有关。
发光二极管原理
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ZnO纳米线的应用前景
太阳能电池
通过光电效应产生电力输出的半导体器件
ห้องสมุดไป่ตู้
太阳能电池应用
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磁控溅射法原理图
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ZnO纳米线的制备方法
分子束外延法
在高真空系统中相对地放置衬底和几个分子喷射炉，将欲 组成化合物的各种元素和掺杂元素分别放入不同喷射炉内 加热，是它们的分子 ( 或原子 ) 以一定的热运动速度和一定 比例的束流强度喷射到加热的衬底表面，与表面产生相互 作用，进行单晶薄膜的外延生长。
(1)
(2)
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ZnO纳米线的应用前景
纳米“森林”
将光和水转化为氢燃料 纳米“树”电极浸没在水中，然后利用模拟的 太阳光进行照射，这种垂直分支结构不仅能够捕获 大量太阳能，同时也能最大限度地提高氢气产量。
ZnO纳米“森”结构
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a
b c
Zn2+
+ OH+ + + 微乳液法示意图
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ZnO纳米线的制备方法
水热合成法 在密封的压力容器 (高压釜)中，水为溶 剂，在高温高压的 条件下进行的化学 反应。 优点：设备过程简 单，反应条件易控 制，反应速率快， 产物纯度高，粒径 易控制
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模板合成法示意图
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ZnO纳米线的制备方法
电化学合成 法
电场作用下，以锌盐为电解液，利用氧化还原反应，使 溶液中的Zn2+离子沉积到阴极得到所需ZnO薄膜。 优点：室温进行、参数(电流、电压等)可控、设备简单 缺点：薄膜多为多晶态或非晶态，性能不高，难制备复 杂组成的薄膜
电化学合成法示意图
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ZnO纳米线的制备方法
溶胶-凝胶法
原料分散在溶剂中，经水 解反应生成活性单体，活 性单体进行聚合，开始成 为溶胶，进而生成具有一 定空间结构的凝胶，涂于 衬底，烘干成膜。
溶胶
凝胶
优点：设备简单，工艺温 度低、可大面积制备，易 制得均匀多组分氧化物膜 缺点：陈化时间长，薄膜 易开裂
ZnO纳米线的应用前景
ZnO气敏元件
利用待测气体与半 导体 ( 主要是金属氧 化物 ) 表面接触时产 生的电导率等物性 的变化来检测气体， 器件的阻值随气体 浓度而变化, 从浓度 与阻值的变化关系 即可得知被测气体 的浓度。
气敏器件阻值-浓度关系
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ZnO纳米线的应用前景