【摘 要】
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目前大部分的高性能气体传感器均是利用半导体金属氧化物作为气敏材料来进行研究,从而实现对毒害气体进行有效监测。而设计制备结构新颖、性能高效、成本低廉、方法简单的气敏材料是研究人员不断努力的目标。通过对金属氧化物进行掺杂、表面修饰、纳米材料改善等措施,在气敏特性的提高上已经有了较大的进展。在前人的研究基础上,本文采用水热法制备了三种纳米材料,主要包括纯的金属有机框架氧化锌（Zn O-MOF）、掺入不同
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目前大部分的高性能气体传感器均是利用半导体金属氧化物作为气敏材料来进行研究,从而实现对毒害气体进行有效监测。而设计制备结构新颖、性能高效、成本低廉、方法简单的气敏材料是研究人员不断努力的目标。通过对金属氧化物进行掺杂、表面修饰、纳米材料改善等措施,在气敏特性的提高上已经有了较大的进展。在前人的研究基础上,本文采用水热法制备了三种纳米材料,主要包括纯的金属有机框架氧化锌（Zn O-MOF）、掺入不同浓度镍（Ni）的镍-锌金属有机框架（Ni-Zn MOF）纳米材料、掺入不同浓度金（Au）的Fe-Zn MOF纳米材料;然后进行表面形貌以及样品晶体结构的表征,利用的表征工具包括XR D（X射线衍射仪）、SEM（扫描电子显微镜）等;通过制作基于丙酮气体的传感器,分析其在各种温度情况下的灵敏度、响应/恢复时间、动态响应曲线、选择性和重复性等气敏特性进行了测试与分析,实验结论如下:（1）通过水热法制备实验,制备了0 mol%、5 mol%、10 mol%、33 mol%浓度下的Ni掺杂的Ni-Zn MOF复合纳米材料,测试结果表明:制备的样品形貌为花状,整体尺寸在3.5-4μm,Ni掺杂对其形貌结构没有太大影响。（2）制作了不同浓度Ni掺杂的Ni-Zn MOF气体传感器,研究了其气敏性能。结果表明:Ni-Zn MOF复合纳米材料在灵敏度等方面优于纯的Zn O-MOF,且掺入Ni的浓度不同,对其气敏性能的影响也不尽相同。在所有掺有Ni的样品中,10 mol%Ni-Zn MOF纳米材料对丙酮的气敏性能最为优异;添加1mol%的Au元素,由SEM表征结果可知,Au元素的添加对其形貌没有明显的影响。（3）在最佳工作温度200,对100ppm丙酮的响应达到12.944,而在240℃的最佳温度下,不同的掺杂浓度（0 mol%、5 mol%和33 mol%）对丙酮的响应表现均不如10 mol%Ni-Zn MOF纳米材料,在200℃下的恢复和响应时间达到了8s和16s,实验结果表明,该工作温度下的纳米材料无论在重复性、选择性以及线性方面均表现优异;同时,本文通过水热法制备了Fe-Zn MOF的金属氧化物纳米材料,在230℃的最佳温度下,对100ppm正丁醇记性测试,其灵敏度达到了18。同时,基于正丁醇气体的传感器无论在响应-恢复特性还是在重复性以及可逆性方面表现优异。（4）对纯的ZnO-MOF和Ni掺杂的Ni-Zn MOF纳米材料的气敏机理进行了分析,分析结果表明:掺入Ni之后,由于修饰在Zn O表面的Ni O能够与其在界面处形成异质结,使Ni-Zn MOF复合材料具有较大的初始电阻,置于还原性气体中时电阻急剧减小,使得灵敏度变大。同时,根据测试结果优化掺杂浓度,可以实现传感器气敏特性的有效提高。（5）对纯的Fe-Zn MOF和Au掺杂Au/Fe-Zn MOF纳米材料的气敏机理进行了实验分析,分析结果表明:在不同浓度的正丁醇气体之中,Au/Fe-Zn MOF纳米材料提升了正丁醇气体对该气体传感器的灵敏度,同时表现出浓度-灵敏度的线性关系。在230℃的工作温度下,两种气体传感器均表现为最佳工作温度,Au掺杂并没有改变该气体传感器的温度性能。其主要差别在于Au/Fe-Zn MOF纳米材料对正丁醇气体的响应-恢复时间发生了变化,响应时间为恢复时间的1/2,同时该气体传感器的初始电阻显示降低了一部分。
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