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自供电气体传感器是ZnO纳米发电机在气体传感领域应用的最新研究成果。这种自供电气体传感器将纳米发电机和气体传感器集成于单一器件,在一个物理过程中同时实现压电发电和气体传感,进而实现了自供电的气体传感器。本课题通过在ZnO表面修饰金属氧化物构建异质结的方法,极大地提升了自供电气体传感器的压电气体传感性能,扩展了自供电气体传感系统的应用范围和应用环境。同时,对不同异质结纳米阵列气体传感器的压电传感机制进行深入的研究,提出多种异质增强压电气体传感性能的机制,为自供电气体传感器的研究指出新的方向。本课题的主要研究内容如下:(1)采用湿化学法在ZnO纳米线表面修饰SnO2纳米颗粒,利用SnO2具有优秀的室温氢气传感和选择特性,制备出Sn02/ZnO异质结纳米线阵列自供电室温氢气传感器。这种自供电氢气传感器在室温下对800 ppm氢气的灵敏度高达471.4,检出限低至10 ppm,并对氢气具有良好的选择性。其对氢气的响应和恢复时间分别约为350和150秒。同时,提出了通过异质结转换(电子耗尽层和积累层转换)效应增强压电氢气传感性能的机制,并对机制作出详细的分析。最后,简单演示了 Sn02/Zn0异质结纳米线阵列自供电室温氢气传感器可以由人体活动产生微小机械能驱动的便携式应用。(2)采用水热法在ZnO纳米线表面腐蚀出ZnSnO3纳米颗粒,构建出ZnSnO3/ZnO异质结纳米阵列自供电室温液化石油气传感器。该传感器对于8000 ppm液化石油气的灵敏度为83.23,且在静置2个月后灵敏度损失不起过6%,证明其良好的稳定性。最后,展示了 ZnSnO3/ZnO异质结纳米阵列自供电室温液化石油气传感器在危险环境下的应用,确保探测液化石油气的安全性。(3)采用水热法制备Cu掺杂ZnO纳米阵列,设计出Cu-ZnO纳米阵列自供电硫化氢传感器。Cu-ZnO纳米阵列自供电传感器对硫化氢表现出极高的灵敏度和选择性。对于1000 ppm硫化氢,其灵敏度为1045,且对于10 ppm硫化氢,其仍有2.3的灵敏度。这项工作还研究了不同Cu掺杂浓度对压电硫化氢传感性能的影响,得到最佳掺杂浓度为5%原子比。讨论了 Cu掺杂增强室温压电硫化氢传感的机制,提出Cu掺杂产生协同效应搞高压电硫化氢传感性能的工作原理。