ZnO纳米棒的制备及其丙酮气敏性能研究.docx

ZnO纳米棒的制备及其丙酮气敏性能研究
摘要：本文采用载体浸渍法制备了不同形貌的ZnO纳米棒，并对其丙酮气敏性能进行研究。结果表明，纳米棒形貌对其气敏性能有显著影响，棒状结构的ZnO纳米棒在10ppm丙酮浓度下具有最好的响应性能。同时，研究了纳米棒表面镀上不同金属氧化物的效果，发现纳米棒表面镀铜氧化物能够有效提高其气敏性能。本研究为ZnO纳米材料的气敏器件应用提供了实验基础和理论依据。
关键词：ZnO纳米棒；丙酮气敏性能；载体浸渍法；金属氧化物镀层
引言：随着纳米技术的不断发展和进步，ZnO纳米材料因其独特的物理和化学性质在光电子、生物医学等领域得到了广泛的应用。特别是在气敏器件方面，ZnO纳米材料具有灵敏度高、响应速度快、成本低等优点，成为了一种具有广阔应用前景的气敏材料。
本文采用载体浸渍法制备了不同形貌的ZnO纳米棒，并对其丙酮气敏性能进行了系统的研究。同时，还研究了纳米棒表面镀上不同金属氧化物的效果。本研究为ZnO纳米材料的气敏器件应用提供了实验基础和理论依据。
实验部分：
材料：Zn(NO3)2·6H2O、NaOH、PVP、丙酮、Cu(NO3)2·3H2O、Al(NO3)3·9H2O、Fe(NO3)3·9H2O。
仪器：恒温培养箱、高分辨扫描电子显微镜、程序升温恒温炉、气敏测试系统。
制备ZnO纳米棒：首先在一定的温度和pH条件下制备ZnO纳米棒前驱体，然后经过煅烧得到纳米棒样品。制备条件如下：Zn(NO3)2·6H2O和NaOH按照1:2的物质比例混合，用去离子水稀释至一定浓度后，加入PVP作为载体，调节溶液的pH和温度，使之反应一定的时间。得到的沉淀物用去离子水洗涤干净，然后置于程序升温恒温炉中煅烧，得到ZnO纳米棒样品。
制备金属氧化物镀层：ZnO纳米棒样品放入硝酸铜、硝酸铝、硝酸铁溶液中，浸泡一定时间后取出并洗净，最终得到不同金属氧化物镀层的纳米棒样品。
气敏测试：用恒温培养箱控制室温下的相对湿度为50%，将纳米棒样品置于气敏测试系统中，在丙酮气氛下测量其电阻值变化情况。
结果与讨论：
不同形貌的ZnO纳米棒在10ppm丙酮浓度下的气敏性能如图1所示。可以看到，棒状结构的ZnO纳米棒具有最好的响应性能，其阻值变化最大。这是因为棒状结构的ZnO纳米棒表面积大，可以更好的吸附丙酮分子，而且ZnO纳米棒的表面能够提高分子吸附能力。
图1不同形貌的ZnO纳米棒在10ppm丙酮浓度下的气敏性能比较
不同金属氧化物镀层对ZnO纳米棒气敏性能的改善如图2所示。可以看到，表面镀铜氧化物可以有效提高ZnO纳米棒对丙酮的响应性能。这是因为铜氧化物能够吸附丙酮分子，增加ZnO纳米棒对丙酮的灵敏度。
图2不同金属氧化物对ZnO纳米棒气敏性能的影响
结论：本文通过载体浸渍法制备了不同形貌的ZnO纳米棒，并对其丙酮气敏性能进行了研究。结果表明，纳米棒形貌对其气敏性能有显著影响，棒状结构的ZnO纳米棒在10ppm丙酮浓度下具有最好的响应性能。同时，研究了纳米棒表面镀上不同金属氧化物的效果，发现纳米棒表面镀铜氧化物能够有效提高其气敏性能。本研究为ZnO纳米材料的气敏器件应用提供了实验基础和理论依据。