摘要
工业的快速发展不仅提高了人们的生活水平，也破坏了生态环境的可持续发展，如室内室外空气质量的下降。因此，气体传感器应运而生。化学式电阻传感器因具有操作简单、便于携带及稳定性良好的优点而受到科学工作者的广泛关注。目前，在众多传感材料中，ZnO尤为瞩目，因其具有低价、无毒、电子迁移率高等优点。本文通过合理设计ZnO基传感材料，并着重研究其界面对传感性能的影响。主要研究内容如下： 三乙胺广泛被用于工业原料，但其强刺激性会侵蚀人们的皮肤黏膜，因此，设计针对三乙胺的气体传感器十分重要，前三个工作以此展开。 （1）通过简单的水热法和硼氢化钠还原法制备了Pt颗粒修饰的分级ZnO微球。实验表明，Pt-ZnO气体传感器对三乙胺表现出优异的传感特性，当三乙胺的浓度为100ppm时，此传感器的响应值可高达242。通过分析和比较，得知Pt-ZnO传感器如此优异的性能得益于ZnO独特的分等级结构和Pt颗粒的修饰（肖特基结和溢出效应）。 （2）贵金属的修饰固然可以大幅度提高ZnO的对三乙胺传感性能，但其价格昂贵，因此，我们通过在超薄ZnO纳米片上原位生长CdS量子点制备出CdS/ZnO复合材料三乙胺传感器。结果显示，CdS/ZnO（0.2at%CdS）气体传感器具有较低工作温度、较高响应值和较快响应时间。增强的气敏特性源于独特的0D/2D结构和n-n异质结。此外，这项研究为设计具有0D/2D结构的传感器开辟了道路。 （3）以上两个工作中传感器的工作温度都较高，而能耗过高会严重限制传感器的实际应用。因此，在第三个工作中，通过在ZnO的表面负载禁带宽度较窄的半导体设计出低工作温度的三乙胺传感器。在本章中，通过将CsPbBr3量子点装饰在多孔ZnO的表面，设计出一种低能耗的的三乙胺传感器。结果显示，ZnO-CsPbBr3气体传感器的工作温度是180℃，是这三个工作中最低的。此外，此工作首次通过原位漫散射傅里叶变换红外光谱证实了三乙胺氧化过程的中间体乙烯胺的存在。 相比于三乙胺，甲醛的危害更为明显。长期接触高剂量的甲醛，可以使人患白血病甚至癌症。因此，在最后一个工作中，我们设计合成了一种ZnO基高效甲醛传感器。 （4）通过静电纺丝的方法一步合成了Ag-ZnO/In2O3纳米纤维，基于此复合物设计出来的传感器对甲醛表现出优异的性能。在260℃的工作温度下，其对100ppm的甲醛实现了约186的超高响应值。增强的气敏特性主要归因于多级异质结（n-n异质结和欧姆接触）和Ag的“溢出”效应。这项工作证实了多级异质结的设计可以显著提升传感性能。 以上研究工作通过合理设计ZnO基气体传感器的结构和界面，实现了传感性能的有效提升，为制备高效的ZnO基气体传感器提供了实验支持与理论指导。
NETL