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CeO_2掺杂ZnO厚膜的制备及气敏性能的研究
一、引言
气敏材料是指在特定条件下感知和响应气体性质和气体浓度变化的材料。气敏材料具有广泛的应用前景，如气体传感器、烟雾探测器、环境监测设备等。氧化锌（ZnO）是一种优良的气敏材料，具有良好的灵敏度、选择性和稳定性等特点。但目前ZnO材料的灵敏度和选择性还有一定的提升空间，因此需要通过掺杂来提高其气敏性能。
二、实验设计
本实验以ZnO为基础材料，采用溶胶-凝胶法对CeO2进行掺杂，制备出掺杂CeO2的ZnO厚膜材料，并研究其气敏性能。
1.实验材料
实验所需的材料有：氮化硅衬底、氧化锌、正丙醇、铵基正硝酸铅、乙二胺四乙酸钠、二甲基亚砜、氯化铈等。
2.实验步骤
（1）氮化硅衬底的制备。
（2）在氮化硅衬底表面涂覆一层ZnO溶胶，并在120℃下烘干并固化。
（3）再涂覆一层CeO2掺杂的ZnO溶胶，并在120℃下烘干，最后在600℃下烧结2小时，制备出CeO2掺杂的ZnO厚膜材料。
（4）对制备好的CeO2掺杂的ZnO厚膜材料进行表征和气敏性能测试。
3.实验仪器
实验所需的仪器有：电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、程序升温扫描仪（TG-DTA）、光致发光谱仪（PL）、电学测试仪器等。
4.实验条件
实验的条件如下：烘干和烧结温度分别为120℃和600℃，烧结时间为2小时，升温速率为10℃/min，测试气体为乙醇。
三、结果与讨论
1.结果
通过XRD、SEM等表征手段，发现制备的CeO2掺杂ZnO厚膜材料的晶体结构完整、颗粒均匀分布，且CeO2成功地被掺入到ZnO晶格中。
在气敏性能测试中，发现掺杂CeO2的ZnO材料对乙醇具有高度灵敏度和快速响应性，且具有良好的选择性，对其他气体变化不敏感。
2.讨论
掺杂CeO2可改变ZnO的电学性质和表面化学状态，从而提高气敏材料的灵敏度和选择性。
在实验条件相同的情况下，掺杂CeO2的ZnO材料比纯ZnO材料具有更好的气敏性能，这是由于CeO2的掺杂改变了ZnO的能带结构和表面状态。CeO2的掺杂可引起ZnO晶界的特殊电学性质，增加晶体表面的氧空位浓度，从而提高了气敏响应的速度和灵敏度。
四、结论
通过溶胶凝胶法制备了CeO2掺杂的ZnO厚膜材料，并成功地改善了气敏特性。实验结果表明，掺杂CeO2的ZnO材料比纯ZnO材料具有更好的气敏灵敏度、选择性和响应性，这为研发更高效、更可靠的气敏材料提供了新的思路和参考。