搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

微流控技术制备ZnO纳米线阵列及其气敏特性

胡杰 邓霄 桑胜波 李朋伟 李刚 张文栋

引用本文:
Citation:

微流控技术制备ZnO纳米线阵列及其气敏特性

胡杰, 邓霄, 桑胜波, 李朋伟, 李刚, 张文栋

Fabrication and characteristics of ZnO nanowires array gas sensor based on microfluidics

Hu Jie, Deng Xiao, Sang Sheng-Bo, Li Peng-Wei, Li Gang, Zhang Wen-Dong
PDF
导出引用
  • 利用微流控技术在微通道中制备了ZnO纳米线阵列,通过X射线衍射和扫描电子显微镜分别对纳米线的物相和表面形貌进行了表征. 结果发现,合成的ZnO纳米线具有良好的c轴择优取向性和结晶度. 同时,对ZnO纳米线阵列在丙酮、甲醇和乙醇气体中的气敏特性进行了研究,测试结果表明:在最佳工作温度(475 ℃)下,纳米线阵列对200 ppm(1 ppm=10-6)丙酮气体的最大灵敏度可达8.26,响应恢复时间分别为9和5 s;通过与传统水热法制备的ZnO纳米线的气敏性能相比较发现,基于微流控技术制备的纳米线阵列具有更高的灵敏度和更快的响应恢复速度. 最后,从材料表面氧气分子得失电子的角度对ZnO纳米线气敏机理进行了讨论.
    In this paper, ZnO nanowire (ZnO NW) array is prepared based on microfluidic technology. The crystalline structures and morphologies of as-synthesized ZnO NWs are characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results show that ZnO NW is high-quality crystalline and c-axis oriented. At the same time, the gas-sensing properties of ZnO NWs are investigated for different gases, such as acetone, methanol and ethanol. The measured results prove that ZnO NW shows a sensitivity of 8.26 at 475 ℃, and the response and recovery times can reach 9 and 5 s separately, when exposed to 200 ppm (1 ppm=10-6) acetone. Compared with the method of conventional hydrothermal technology, the ZnO NWs based on microfluidic technology shows high sensitivity and fast recovery time. Finally, the gas sensing mechanism of ZnO NWs is also discussed from the aspect of gain and lose electron of oxygen molecules on material surface.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51205273,51205274)、山西省自然科学基金(批准号:2013021017-2)、山西省高等学校科技创新基金(批准号:20120007)、太原理工大学校青年基金(批准号:2012L034)和山西省研究生优秀创新基金(批准号:20133028)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51205273, 51205274), the Natural Science Foundation of Shanxi Province, China (Grant No. 2013021017-2), the Scientific and Technological Innovation Foundation of Higher Education Institutions in Shanxi Province, China (Grant No. 20120007), the Science Foundation for Youth Scholars of Taiyuan University of Technology, China (Grant No. 2012L034), and the Excellent Innovation Programs for Postgraduate in Shanxi Province, China (Grant No. 20133028).
    [1]

    Zhang W, Li M K, Wei Q, Cao L, Yang Z, Qiao S S 2008 Acta Phys. Sin. 57 5887 (in Chinese) [张威, 李梦轲, 魏强, 曹璐, 杨志, 乔双双 2008 物理学报 57 5887]

    [2]

    Cha S, Jang J, Choi Y, Amaratunga G, Ho G, Welland M, Hasko D, Kang D J, Kim J 2006 Appl. Phys. Lett. 89 263102

    [3]

    Wang J, Sun X, Huang H, Lee Y, Tan O, Yu M, Lo G, Kwong D 2007 Appl. Phys. A 88 611

    [4]

    Musarrat J, Muhammad A I, R V Kumar, Mansoor A, Muhammad T J 2014 Chin. Phys. B 23 018504

    [5]

    Lim J H, Kang C K, Kim K K, Park I K, Hwang D K, Park S J 2006 Adv. Mater. 18 2720

    [6]

    Jiang W, Gao H, Xu L L, Ma J N, Zhang E, Wei P, Lin J Q 2011 Chin. Phys. B 20 037307

    [7]

    Yu X, Hu Z Y, Huang Z H, Yu X M, Zhang J J, Zhao G S, Zhao Y 2013 Chin. Phys. B 22 118801

    [8]

    Jia Z N, Zhang X D, Liu Y, Wang Y F, Fan J, Liu C C, Zhao Y 2014 Chin. Phys. B 23 046106

    [9]

    Park W I, Kim D, Jung S W, Yi G C 2002 Appl. Phys. Lett. 80 4232

    [10]

    Qiu J, Guo M, Feng Y, Wang X 2011 Electrochim. Acta 56 5776

    [11]

    Greene L E, Law M, Tan D H, Montano M, Goldberger J, Somorjai G, Yang P 2005 Nano Lett. 5 1231

    [12]

    Chen X M, Gao X Y, Zhang S, Liu H T 2013 Acta Phys. Sin. 62 49102 (in Chinese) [陈先梅, 郜小勇, 张飒, 刘红涛 2013 物理学报 62 49102]

    [13]

    Law M, Greene L E, Johnson J C, Saykally R, Yang P 2005 Nat. Mater. 4 455

    [14]

    Zhu S, Chen X, Zuo F, Jiang M, Zhou Z, Hui D 2013 J. Solid State Chem. 197 69

    [15]

    Ladanov M, Algarin A P, Matthews G, Ram M, Thomas S, Kumar A, Wang J 2013 Nanotechnology 24 375301

    [16]

    Kim J, Li Z, Park I 2011 Lab on a Chip 11 1946

    [17]

    Hsueh T J, Chang S J, Lin Y R, Tsai S Y, Chen I C, Hsu C L 2006 Cryst. Growth Des. 6 1282

    [18]

    Xu C, Gao D 2012 J. Phys. Chem. C 116 7236

    [19]

    Deng X, Sang S, Li P, Li G, Gao F, Sun Y, Zhang W, Hu J 2013 J. Nanomater. 2013 297676

    [20]

    Hu M, Liu Q L, Jia D L, Li M D 2013 Acta Phys. Sin. 62 57102 (in Chinese) [胡明, 刘青林, 贾丁立, 李明达 2013 物理学报 62 57102]

    [21]

    Al-Kuhaili M, Durrani S, Bakhtiari I 2008 Appl. Surf. Sci. 255 3033

  • [1]

    Zhang W, Li M K, Wei Q, Cao L, Yang Z, Qiao S S 2008 Acta Phys. Sin. 57 5887 (in Chinese) [张威, 李梦轲, 魏强, 曹璐, 杨志, 乔双双 2008 物理学报 57 5887]

    [2]

    Cha S, Jang J, Choi Y, Amaratunga G, Ho G, Welland M, Hasko D, Kang D J, Kim J 2006 Appl. Phys. Lett. 89 263102

    [3]

    Wang J, Sun X, Huang H, Lee Y, Tan O, Yu M, Lo G, Kwong D 2007 Appl. Phys. A 88 611

    [4]

    Musarrat J, Muhammad A I, R V Kumar, Mansoor A, Muhammad T J 2014 Chin. Phys. B 23 018504

    [5]

    Lim J H, Kang C K, Kim K K, Park I K, Hwang D K, Park S J 2006 Adv. Mater. 18 2720

    [6]

    Jiang W, Gao H, Xu L L, Ma J N, Zhang E, Wei P, Lin J Q 2011 Chin. Phys. B 20 037307

    [7]

    Yu X, Hu Z Y, Huang Z H, Yu X M, Zhang J J, Zhao G S, Zhao Y 2013 Chin. Phys. B 22 118801

    [8]

    Jia Z N, Zhang X D, Liu Y, Wang Y F, Fan J, Liu C C, Zhao Y 2014 Chin. Phys. B 23 046106

    [9]

    Park W I, Kim D, Jung S W, Yi G C 2002 Appl. Phys. Lett. 80 4232

    [10]

    Qiu J, Guo M, Feng Y, Wang X 2011 Electrochim. Acta 56 5776

    [11]

    Greene L E, Law M, Tan D H, Montano M, Goldberger J, Somorjai G, Yang P 2005 Nano Lett. 5 1231

    [12]

    Chen X M, Gao X Y, Zhang S, Liu H T 2013 Acta Phys. Sin. 62 49102 (in Chinese) [陈先梅, 郜小勇, 张飒, 刘红涛 2013 物理学报 62 49102]

    [13]

    Law M, Greene L E, Johnson J C, Saykally R, Yang P 2005 Nat. Mater. 4 455

    [14]

    Zhu S, Chen X, Zuo F, Jiang M, Zhou Z, Hui D 2013 J. Solid State Chem. 197 69

    [15]

    Ladanov M, Algarin A P, Matthews G, Ram M, Thomas S, Kumar A, Wang J 2013 Nanotechnology 24 375301

    [16]

    Kim J, Li Z, Park I 2011 Lab on a Chip 11 1946

    [17]

    Hsueh T J, Chang S J, Lin Y R, Tsai S Y, Chen I C, Hsu C L 2006 Cryst. Growth Des. 6 1282

    [18]

    Xu C, Gao D 2012 J. Phys. Chem. C 116 7236

    [19]

    Deng X, Sang S, Li P, Li G, Gao F, Sun Y, Zhang W, Hu J 2013 J. Nanomater. 2013 297676

    [20]

    Hu M, Liu Q L, Jia D L, Li M D 2013 Acta Phys. Sin. 62 57102 (in Chinese) [胡明, 刘青林, 贾丁立, 李明达 2013 物理学报 62 57102]

    [21]

    Al-Kuhaili M, Durrani S, Bakhtiari I 2008 Appl. Surf. Sci. 255 3033

  • [1] 李东珂, 贺冰彦, 陈坤权, 皮明雨, 崔玉亭, 张丁可. Au纳米颗粒负载WO3纳米花复合结构的二甲苯气敏性能. 物理学报, 2019, 68(19): 198101. doi: 10.7498/aps.68.20190678
    [2] 李文宇, 霍格, 黄岩, 董丽娟, 卢学刚. 空心Fe3O4纳米微球的制备及超顺磁性. 物理学报, 2018, 67(17): 177501. doi: 10.7498/aps.67.20180579
    [3] 李酽, 李娇, 陈丽丽, 连晓雪, 朱俊武. 外电场极化对纳米氧化锌拉曼活性及气敏性能的影响. 物理学报, 2018, 67(14): 140701. doi: 10.7498/aps.67.20180182
    [4] 冯艳艳, 黄宏斌, 张心桔, 易亚军, 杨文. 高性能镍钴层状双金属氢氧化物的制备及其电化学性能研究. 物理学报, 2017, 66(24): 248202. doi: 10.7498/aps.66.248202
    [5] 吴以治, 许小亮. 氧化锌纳米线耦合硅金字塔微纳复合结构的制备及其自清洁特性研究. 物理学报, 2017, 66(9): 096801. doi: 10.7498/aps.66.096801
    [6] 张玮祎, 胡明, 刘星, 李娜, 闫文君. 硅纳米线/氧化钒纳米棒复合材料的制备与气敏性能研究. 物理学报, 2016, 65(9): 090701. doi: 10.7498/aps.65.090701
    [7] 傅重源, 邢淞, 沈涛, 邰博, 董前民, 舒海波, 梁培. 水热法合成纳米花状二硫化钼及其微观结构表征. 物理学报, 2015, 64(1): 016102. doi: 10.7498/aps.64.016102
    [8] 严达利, 李申予, 刘士余, 竺云. 银纳米颗粒/多孔硅复合材料的制备与气敏性能研究. 物理学报, 2015, 64(13): 137102. doi: 10.7498/aps.64.137102
    [9] 严达利, 李申予, 刘士余, 竺云. 银纳米颗粒/多孔硅复合材料的制备与气敏性能研究. 物理学报, 2015, 64(13): 137104. doi: 10.7498/aps.64.137104
    [10] 王长远, 杨晓红, 马勇, 冯媛媛, 熊金龙, 王维. 水热合成ZnO:Cd纳米棒的微结构及光致发光特性. 物理学报, 2014, 63(15): 157701. doi: 10.7498/aps.63.157701
    [11] 陈先梅, 郜小勇, 张飒, 刘红涛. 醋酸锌热解温度对ZnO纳米棒的结构及光学性质的影响. 物理学报, 2013, 62(4): 049102. doi: 10.7498/aps.62.049102
    [12] 陈先梅, 王晓霞, 郜小勇, 赵显伟, 刘红涛, 张飒. 掺银氧化锌纳米棒的水热法制备研究. 物理学报, 2013, 62(5): 056104. doi: 10.7498/aps.62.056104
    [13] 李屹同, 沈谅平, 王浩, 汪汉斌. 水基ZnO纳米流体电导和热导性能研究 . 物理学报, 2013, 62(12): 124401. doi: 10.7498/aps.62.124401
    [14] 万步勇, 苑进社, 冯庆, 王奥. K,Na掺杂Cu-S纳米晶的水热合成及对结构、性能的影响. 物理学报, 2013, 62(17): 178102. doi: 10.7498/aps.62.178102
    [15] 张金玲, 吕英华, 喇东升, 廖蕾, 白雪冬. 氧化锌纳米线的紫外光耦合增强场电子发射特性. 物理学报, 2012, 61(12): 128503. doi: 10.7498/aps.61.128503
    [16] 李明阳, 于明朗, 苏庆, 刘雪芹, 谢二庆, 张晓倩. 生长在Si基底上VOX纳米管形貌的时间影响因子及其气敏性初探. 物理学报, 2012, 61(23): 236101. doi: 10.7498/aps.61.236101
    [17] 刘佳, 徐玲玲, 张海霖, 吕威, 朱琳, 高红, 张喜田. 一步水热法在Al掺杂ZnO纳米盘上可控自组装合成ZnO纳米棒阵列. 物理学报, 2012, 61(2): 027802. doi: 10.7498/aps.61.027802
    [18] 王乐, 刘阳, 徐国堂, 李晓艳, 董前民, 黄杰, 梁培. 分子团簇表面吸附敏化ZnO纳米线的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(6): 063103. doi: 10.7498/aps.61.063103
    [19] 张 苑, 赵 颖, 蔡 宁, 熊绍珍. 锐钛矿相TiO2纳米管的制备及其染料敏化太阳电池. 物理学报, 2008, 57(9): 5806-5809. doi: 10.7498/aps.57.5806
    [20] 孙 晖, 张琦锋, 吴锦雷. 基于氧化锌纳米线的紫外发光二极管. 物理学报, 2007, 56(6): 3479-3482. doi: 10.7498/aps.56.3479
计量
  • 文章访问数:  5604
  • PDF下载量:  1327
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-05-06
  • 修回日期:  2014-07-17
  • 刊出日期:  2014-10-05

/

返回文章
返回