气体传感器的性能表现

为了深入了解ZnO 纳米花的性能，我们进一步研究了它们的气敏特性。众所周知，半导体气体传感器的响应受工作温度的影响很大。在低温下，被测气体分子的活化能不足以与吸附氧起反应，而在太高的温度下，气体分子吸附脱附过快会导致反应不充分。图2.6.5 显示了在200 ～500 ℃的不同工作温度下ZnO 纳米花对5×10-5H2S 的气体灵敏度。显然，在300 ℃的温度下，气体响应增加到32.5 的最大值，然后随着温度的升高逐渐降低。因此，为了ZnO 传感器的进一步气体检测，将其最佳工作温度设定在300 ℃。

图2.6.5　不同工作温度下ZnO 纳米花对5×10-5H2S 浓度的气体灵敏度

气体传感器的响应恢复性能取决于被测气体的浓度，如图2.6.6 所示，在最佳温度下测试了ZnO 纳米花对不同H2S 浓度的响应恢复时间。显然，该传感器的H2S检测范围从5×10-6 到1×10-4，灵敏度随H2S 浓度的增加而呈线性增加。当ZnO 传感器分别暴露在浓度为5×10-6，1×10-5，3×10-5，5×10-5 和1×10-4 的H2S 气体时，气体响应分别为9.6，14.1，22.6，32.5 和68.2；此外，ZnO 传感器在300 ℃相对较低的工作温度下，在这些浓度下响应和恢复时间分别不超过7 s 和9 s。ZnO 传感器快速的响应和恢复时间可归因于花状ZnO 的分层结构，分层结构为气体扩散提供了大量的间隙和扩散通道。因此，使用ZnO 纳米花的分层结构可以实现快速响应和恢复。

图2.6.6　ZnO 纳米花对不同H2S 浓度的响应恢复时间(www.xing528.com)

图2.6.7 显示了基于ZnO 纳米花制备的传感器对挥发性有机化合物（VOCs）等测试气体的气体响应，测试气体包括NH3，CO，H2S，HCHO，H2，C2H5OH 和C6H6，所有气体在300 ℃的工作温度下测试，浓度为5×10-5。在图2.6.7 中，ZnO 气体传感器对CO，HCHO，H2 和C2H5OH 的灵敏度值很低，对NH3 和C6H6 几乎不敏感。ZnO气体传感器对H2S 的响应最高，为32.5，而对其他气体的反应不大于6。从测试结果可以总结出，ZnO 气体传感器对H2S 的选择性已经超过了对其他VOCs 气体的5 倍。

图2.6.8 为气体传感器的长期稳定性测试。传感器的灵敏度在30 d 后从32.5降到28.4。但传感器在接下来的30 d 对浓度为5×10-5 的H2S 显示出近乎恒定的灵敏度值（28），这表明气体传感器具有良好的稳定性。气体传感器这种快速响应和恢复过程，选择性和优异的重复性，表明ZnO 气体传感器在工业中具有较好的应用前景。

图2.6.7　ZnO 纳米花制备的传感器对挥发性有机化合物（VOCs）等测试气体的灵敏度

图2.6.8　传感器的长期稳定性测试