稀土元素掺杂对zno纳米线气敏性能的影响

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1、第3O卷第4期西安工业大学学报V0L30No．42010年08月JournalofXi’anTechnologicalUniversityAug．2010文章编号：1673—9965(2010)04—372—06稀土元素掺杂对ZnO纳米线气敏性能的影响林贺，范新会，于灵敏，严文(西安工业大学北方信息工程学院，西安710025)摘要：为解决ZnO基气体传感器在实际应用中存在着灵敏度低、选择性差、响应时间长等问题，以采用物理热蒸发法制备的纯ZnO纳米线和稀土元素(Y2()3、Ce02、LaOs)掺杂的Zn0纳米线为气敏基料，制备成旁热式气敏元件，用静态配气法对浓度均为1

2、00ppm的无水乙醇蒸汽、氨气、甲烷及一氧化碳四种气体进行气敏性能测试．结果表明，稀土元素掺杂后，ZnO纳米线对四种气体灵敏度的最高值都有明显的提高，响应时间和恢复时间分别为4s和3s．关键词：ZnO纳米线；掺杂；气敏性能；稀土元素中图号：TI334文献标志码：A由于煤气中毒、大气污染等问题日益严重，所一步讨论稀土元素掺杂的敏感机理．以，必须对这些有毒有害、易燃易爆气体进行定性1实验过程及定量的检测．因此，研制低成本、高灵敏度和良好选择性的气体传感器及相应的敏感材料具有重大1．1稀土元素掺杂ZnO纳米线的制备意义和广阔前景．实验采用水平高温管式炉，通过物理热蒸发Zn

3、O是世界上应用最早的气敏材料，经纳米法，以氩气为载流气体，氧气为反应气体，纯度为化以后，ZnO纳米材料的表面积随着直径尺寸的99．9的Zn粉为原料，在800℃高温反应的条件下降而急剧增大，其活性也迅速提高，能大大提高下制备出高质量的ZnO纳米线．在同样的条件下，Zn0纳米材料的氧吸附量，从而大大改善了其气改变原料，即将质量分数为3的Y203、Ceo2、敏性能．La2Os粉末和Zn粉混合并加入少量酒精研磨，使近年来，许多文献报道了纯ZnO纳米材料及之混合均匀，放入水平高温管式炉中，制备出稀土元素、贵金属元素和普通的Fe、Ni等元素掺Y2Os、CeOz、Lrd2O。掺杂

4、的ZnO纳米线．并对ZnO杂的ZnO纳米材料的气敏性能[1]．但是，ZnO基纳米线及YOs、CeOz、La2Os掺杂ZnO纳米线进气体传感器在实际应用中还存在着灵敏度低、选择行形貌及成分分析．性差、响应时间长等问题．迄今为止，有关ZnO纳1．2ZnO纳米线气敏元件的制备米线气敏性能的报道很少．与ZnO纳米颗粒或纳米薄膜相比，纳米线不容易发生团聚现象，并且在将所制纯ZnO纳米线及Y2Os、CeOz、La203高温工作时不会出现晶粒吞并、长大的陶瓷化过掺杂ZnO纳米线用蒸馏水混合均匀后涂敷于程，所以纳米线是比较理想的气敏材料[4]．AlO3基陶瓷管表面，在空气中静置晾后

5、，在陶瓷文中通过物理热蒸发法对Zn0纳米线进行稀管管芯中穿人加热电阻丝，焊接在基座上，制成气土元素掺杂，来解决其在应用中存在的问题，并进敏元件．*收稿日期：2010-06—02基金资助：陕西省教育厅自然科学专项(O9JK5O4)作者简介：林贺(1982一)，女，西安工业大学助教，主要研究方向为纳米材料及气体传感器．E-mail：linhe2007@sohu．com．第4期林贺等：稀土元素掺杂对ZnO纳米线气敏性能的影响373件电阻值的变化来表征气敏元件的敏感特性．1．3气敏性能测试将元件在0．75W／120h条件下进行电老化，随2结果与讨论后在WS-30A气敏元件测

6、试系统上进行气敏性能测试．测试系统采用静态配气法，所有元件插在同2．1纯ZnO纳米线与稀土元素掺杂ZnO纳米线一块测试电路板上．测试气体是浓度均为100ppm的形貌及成分比较的无水乙醇蒸汽、氨气、甲烷，、一氧化碳四种气体．图1(a)为纯ZnO纳米线放大5000倍的SEM测试均在18L密封玻璃容器中进行，通过调整加照片．从照片上可以看出，绝大多数产物呈线状，形热电压控制元件的工作温度，在不同的工作温度下貌不规则．但是沿长度方向的直径比较均匀，约为测定ZnO纳米线及Y2、Ce()2、La0。掺杂ZnO80nm，长度约为十几个微米左右．图1(b)、(c)、纳米线气敏元件的

7、气敏性能．测试环境为室温(30(d)分别为Y20。、CeO2、La203掺杂ZnO纳米线放℃)，湿度保持在28RH左右，测量电压为l0V，大5000倍的SEM照片．与纯ZnO纳米线相比，负载电阻为2kQ．YO。、La。O。掺杂后纳米线的直径变小，CeO掺试验测试的是电阻灵敏度S，即元件在空气杂后纳米线的直径粗细不均匀，但大多数都有所减中的阻值与待测气体中阻值之比．测试系统提供气小，而且，掺杂后长度没有明显变化．所以Yz()3、敏元件工作所需的加热电源．系统实际测试参数为CeO、La。0。掺杂后纳米线的表面积增大，但是沿与气敏元件串连的负载电阻上的电压值，通过电路