一維ZnO納米線的高選擇性一氧化碳氣敏感測器研究

《一維ZnO納米線的高選擇性一氧化碳氣敏感測器研究》是依託武漢大學，由李金釵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：一維ZnO納米線的高選擇性一氧化碳氣敏感測器研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李金釵
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

採用氣相沉積法研製直徑均一的超細ZnO納米線陣列；通過離子注入等技術調控ZnO納米線的電子濃度，從而控制ZnO納米線的電阻率．研製ZnO納米線陣列場電離氣敏感測器，深入研究該器件對一氧化碳的選擇性探測。利用氦離子對定向ZnO納米線陣列頂部進行輻照微細加工，調製納米線頂端形貌，降低場電離感測器的工作電壓．另外，採用離子束輔助沉積在納米線表面形成CuO納米顆粒,研製經表面修飾的一維ZnO納米線電阻型氣敏感測器以提高材料的氣敏能力和對氣體的選擇性，期望獲得具有良好氣敏特性的一維ZnO氣體感測器，為其在安全，生產，化工和國防等領域的套用提供科學依據和技術支持。

結題摘要

CO是一種無法用五官感知的有毒氣體，空氣中含量僅為萬分之五就會使人中毒。對CO及其它有毒或易燃、易爆氣體泄漏的及時高靈敏度檢測至關重要。 本項目採用熱蒸發CVD法及水化學法研製出超細（15-20nm）ZnO納米線、定向納米線陣列及Bi2O3納米管（直徑4-7nm）和其它高比表面積ZnO空心納米結構及二維Bi2O3納米片（厚5nm）。它們既是氣敏感測器的也是光催化、太陽能電池等領域的優良材料。採用低能離子注入增強了ZnO薄膜、ZnO納米線的電子輸運性能；N+離子注入和N+對納米桿頂部進行微細加工，調製了ZnO納米桿的間隙Zn缺陷濃度和促使ZnO納米桿頂部尖錐化，有利於增強場離化氣敏特性。內外表面密集生長有ZnO納米線的空心ZnO球狀結構的電阻變化型氣敏特性研究顯示出這種高比表面積的ZnO納米結構在420℃時具有高的靈敏探測回響。CO、H2等多種有毒、易燃的易爆氣體分別與空氣的混合氣在不同濃度及不同氣壓下ZnO納米線陣列的場離化擊穿特性研究揭示，這種場離化型的氣敏感測器對CO等氣體具有高的探測靈敏度並可鑑別泄漏氣體的種類，展現了對CO等氣體的高靈敏、選擇性探測前景。 此外，基於薄膜電晶體和納米線場效應電晶體的重要研究價值和套用前景，我們還研究了不同金屬摻雜和不同納米材料摻入對In2O3納米線場效應管和非晶氧化銦鋅（IZO）薄膜電晶體特性的增強效應。通過調製Mg的摻雜量研製出載流子濃度和開啟電壓可控的低功耗、增強型、電流達0.5mA、開關電流比超過109的單晶In2O3納米線場效應電晶體，單根納米線器件的遷移率可達200 cm2/V•s以上。採用摻入柔韌性較強、導電性能優良的碳納米管，研製出遷移率高達140 cm2/V•s非晶IZO薄膜電晶體（文獻報導的遷移率僅1-10 cm2/V•s）。碳納米管的摻入還大大增強了在聚醯亞胺塑膠襯底上製備的非晶IZO薄膜電晶體的抗彎曲抗疲勞特性。 本項目的研究結果為CO等有毒易燃氣體的高靈敏度選擇性探測氣敏感測器和高性能納米線場效應電晶體及薄膜電晶體的深入研究與套用提供了科學依據和技術支撐。項目執行期間已在Nano Letters 和ACS Nano 等SCI收錄期刊發表學術論文13篇，國核心心刊物4篇；培養畢業博士生2人，碩士生5人。