由于汽车排气、工业的废气、生活燃气的增加，大气污染愈加严重，开发一种低成本，高性能的气敏传感器对大气进行监控显得越来越重要。其中，半导体金属氧化物传感器由于制备成本非常低、灵敏度高、响应速度快/恢复时间短、器件制备简单界面友好、维护方便、检测能力强等因素成为了最具潜力气敏传感器。目前，Co3O4作为一种P型金属氧化物，用来作为气敏传感器的敏感薄膜已经被广泛的研究。本论文主要以 Co3O4作为研究对象，使用水热法合成不同形貌的氧化钴纳米材料，并研究材料的形貌对传感器性能的影响，最后还会对气敏传感器的气敏机制进行详细的讨论。本文的主要研究工作分为：
1.通过水热法，用硝酸钴和氢氧化钠作为原材料，以乙醇胺为分散剂，双氧水作为氧化剂在160℃高温下制得了Co3O4纳米颗粒；经过XRD测试结果分析表明烧结前的前驱体为 Co(OH)2和 Co3O4的混合物，烧结后 Co(OH)2完全转化为Co3O4；SEM测试图可以看到得到的Co3O4是形貌不规则的纳米颗粒，粒径尺寸在20nm左右；使用旁热式器件来制作气敏元件，用所得的Co3O4粉末与无水乙醇混合成糊状物，然后均匀滴涂在陶瓷管上形成敏感薄膜，并在常温下对其进行气敏测试，对所得的材料进行气敏测试的结果表明，传感器对NH3具有良好的响应度，在常温下对NH3的最低检测浓度在20ppm以下，对同一浓度的气体测试时，表现出良好的重复性和长期稳定性；最后分析了传感器的气敏传感机制，为将来改善传感器性能提供了有效的理论基础。
2.以硝酸钴，尿素，氟化铵作为原料，使用一种简便的、无模板的水热法制备出一种网状结构的 Co3O4纳米片。通过 XRD分析热处理前后材料的物相组成，利用SEM和TEM分析Co3O4纳米片的形貌结构，用BET法计算了纳米片的孔隙率，利用XPS对纳米片进行了元素分析并讨论来了纳米片的生长机理。最后研究了基于 Co3O4纳米片的气敏传感器在常温下的气敏性能。结果表明传感器在常温下，对 NH3最低检测浓度在200ppb以下，具有较快的响应-恢复速度，并且检测浓度与响应度之间具有良好的线性关系，此外，传感器具有很好的重复性和长期稳定性。
3.首先以硝酸钴、尿素和硝酸铜为原材料，利用水热发经高温烧结后得到同时含有CuO和Co3O4的复合材料，并将其溶于无水乙醇制作成糊状作为旁热式气敏传感器的敏感材料，同时检测了该传感器对 NH3的气敏性能。实验结果表明，该传感器对NH3具有良好的气敏性能，其最佳工作温度在200℃，对NH3的最低检测浓度低于1ppm,而且具有较快的响应-恢复时间，在最佳工作温度下响应-恢复时间都低于1min，通过对同一浓度的NH3的循环测试表明该传感器对NH3具有良好的重复性，同时在20多天的测试过程中对同一气体的响应度基本不变表明该传感器具有可靠的稳定性，传感器对 NH3的响应度远远高于其他气体，证明该传感器对NH3具有良好的选择性，具有非常好的应用前景。
- 作 者：
- 林志杰
- 学科专业：
- 凝聚态物理
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 电子科技大学
- 导师姓名：
- 李志杰
- 学位年度：
- 2017
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
