【摘要】:一旦将其放入还原性气体中,这些气体分子就会与表面吸附氧产生化学反应,将俘获的电子归还于ZnO 的导带中。这个过程使ZnO 的电子浓度得到了升高,从而使它的电导率得到了升高,降低了电阻。对于ZnO 纳米片传感器而言,由于材料都是由超薄的纳米片组成的,所以它们之间的接触为面与面之间的接触,从而接触面积较大能够提供更多的活化点来吸附空气中的氧气和还原性气体分子,进一步提高了材料的灵敏度。
ZnO 是一种N 型半导体,当它在空气中时会吸收空气中的氧并在其表面形成化学吸附氧,O2-和O-,从而使它有较高的电阻态。这些表面吸附氧产生表面德拜电子层,使得它的表面禁带产生了弯曲从而使得电阻升高。一旦将其放入还原性气体中,这些气体分子就会与表面吸附氧产生化学反应,将俘获的电子归还于ZnO 的导带中。这个过程使ZnO 的电子浓度得到了升高,从而使它的电导率得到了升高,降低了电阻。根据文献所报道的,金属氧化物的灵敏度与材料的尺寸有很大的关系,当这些材料的尺寸接近德拜长度时它的灵敏度会得到显著提高。根据晶界控制模型,ZnO 在325 ℃的工作温度时,它的德拜长度为2LD=15 nm,由于该超薄ZnO 纳米片的厚度仅为10 ~13 nm,这就是说它在空气中时尺寸非常接近德拜电子层的长度,从而使得它具有最大的电阻。而当它被放入还原性气体中时,通过吸附氧俘获的电子又归还到ZnO 的导带中,引起了电阻的强烈改变,从而得到了很大的电阻比,因而拥有很高的灵敏度。
另一方面,由于气敏材料涂层的电阻主要是由纳米材料间的接触电阻引起的,因此材料间的接触方式对电阻也有重要的影响。对纳米棒或者纳米线来说,它们之间的接触只是点与点之间的接触,从而具有很小的接触面积。Kolmakov 和他的团队证实了通过增加接触点可以增加二氧化锡纳米线的灵敏度。对于ZnO 纳米片传感器而言,由于材料都是由超薄的纳米片组成的,所以它们之间的接触为面与面之间的接触,从而接触面积较大能够提供更多的活化点来吸附空气中的氧气和还原性气体分子,进一步提高了材料的灵敏度。(www.xing528.com)
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