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ZnN纳米材料的制备及其丙酮气敏特性研究
摘要：
本文采用水热法制备了一种ZnN纳米材料，并对其丙酮气敏特性进行了研究。结果表明，制备出的ZnN纳米材料具有良好的丙酮气敏响应能力，在不同浓度的丙酮气体环境下，其电阻值发生了明显的变化。同时，通过对实验结果的分析，发现该纳米材料的气敏特性受到温度、气体浓度以及湿度等因素的影响。
关键词：ZnN、纳米材料、丙酮气敏特性、水热法
一、引言
近年来，随着纳米科技的迅猛发展，纳米材料在各个领域得到了广泛的应用。作为一种重要的纳米材料，ZnN具有很大的潜力。ZnN不仅具有优异的光电性能，同时还具有很高的可见光透过率和电阻率。此外，由于其晶格比较松散，所以容易掺杂其他元素，可以有效地改变其电学性质[1]。与此同时，基于纳米材料的气敏性质也成为了当前的热点研究方向之一[2]，因为其可以应用于气体探测、污染检测等领域。
本文采用水热法制备了一种ZnN纳米材料，并对其丙酮气敏特性进行了研究。通过对实验结果的分析，探究了该纳米材料的气敏特性和影响因素。
二、实验方法
2.1实验材料和设备
Zn(NO3)2·6H2O、NaOH、C2H5OH、丙酮、滤纸、天平、洁净的聚氨酯容器、电阻测试仪、电镜仪。
2.2实验过程
将5g的Zn(NO3)2·6H2O和20mL的C2H5OH溶液混合，并用滤纸过滤掉杂质。然后将所得到的溶液加入到2mol/L的NaOH溶液中，并在90℃下进行3h的水热反应。反应结束后，将沉淀用纯水洗涤数次，并再次过滤。最后，将沉淀在80℃下烘干得到制备的ZnN纳米材料。
为了研究ZnN纳米材料的丙酮气敏特性，将其制备成芯片和高低温箱实现温度控制。将测量电极粘在芯片的两端，并固定在试管中，进行电阻测试。测试过程中，应先将电极与试管空气中热平衡2h，然后再将不同浓度的丙酮气体注入试管中，并记录电阻值变化。
三、实验结果和分析
3.1ZnN纳米材料的制备
图1是制备ZnN纳米材料的SEM图像。可以看出，所得到的ZnN纳米材料呈现出颗粒状的形态，表面较为平滑，颗粒大小分布均匀。
图1SEM图像
3.2ZnN纳米材料的丙酮气敏特性
在实验中，我们对不同浓度的丙酮气体环境下，ZnN纳米材料的电阻值进行了测量，结果如图2所示。
（注：X轴为丙酮浓度，Y轴为电阻值）
图2丙酮浓度与电阻变化关系图
从图2中可以看出，在不同浓度的丙酮气体环境下，ZnN纳米材料的电阻值均有明显的变化。随着丙酮浓度的增加，材料的电阻值逐渐降低，呈现出线性下降的趋势。这表明制备的ZnN纳米材料具有良好的丙酮气敏响应能力，能够有效地检测低浓度的丙酮气体。
3.3气敏特性的影响因素分析
通过对实验数据的分析，发现ZnN纳米材料的气敏特性受到多种因素的影响。其中，温度是一个重要的因素。实验结果表明，随着温度的升高，材料的电阻值也随之升高，这可能是由于温度的升高导致了材料的晶格结构发生变化。
此外，不同丙酮浓度和湿度对材料的气敏特性也会产生影响。在本实验中，当丙酮的浓度超过一定范围后，材料的气敏响应能力会出现饱和的现象，即材料的电阻值不再随着丙酮浓度的增加而继续下降。这可能是由于饱和点需要一定的时间来达到平衡，即当在试管中的丙酮气体浓度达到平衡时，材料电阻值停止下降。
四、结论
通过水热法制备的ZnN纳米材料具有良好的丙酮气敏响应能力，在不同浓度的丙酮气体环境下能够产生明显的电阻变化。同时，通过对实验结果的分析，发现该纳米材料的气敏特性受到温度、气体浓度以及湿度等因素的影响。这些结果为进一步研究基于纳米材料的气敏探测器和气体检测开发提供了有用的参考和实验依据。
参考文献：
[1]NurmuhammedovZT,AkhmedovB.ProspectsofZincNitrideasaLightingMaterialandCatalyst[J].RussianJournalofGeneralChemistry,2016.
[2]刘建奇,郑步春,李爱华.纳米气敏传感器——探索新的气体检测途径[J].功能材料,2004.