微流控技术制备ZnO纳米线阵列及其气敏特性.pdfVIP

物 理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．20(2014) 207102 微流控技术制备Zno纳米线阵列及其 气敏特性冰 胡杰1)2)t 邓霄 )2)3) 桑胜波 )2) 李朋伟 )2) 李刚 )2) 张文栋 )2) 1)(太原理工大学信息工程学院微纳系统研究中心，太原 030024) 2)(太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室，太原 030024) 3)(太原理工大学物理与光电工程学院，太原 030024) (2014年5月6日收到；2014年7月 17日收到修改稿) 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。C) 下，纳米线阵列对200ppm (1ppm=10 )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5s； 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． 关键词：氧化锌纳米线，微流控技术，水热法，气敏性能 PACS：71．20．Nr，91．60．Ed，81．07．Gf DOI：10．7498／aps．63．207102 种合成技术在基底和生长液 中均会形成ZnO纳米 1 引 言 线，生长液 中的反应体会快速被消耗，所以ZnO纳 米线在基底表面的生长速度将会受到较大的影响； 氧化锌 (ZnO1作为一种 宽禁带 (室温下为 另外，悬浮在生长液中的纳米线很容易黏附于基 Eg=3．37eV)并且具有较高激子结合能 (60meV) 底表面而阻碍纳米线的生长，降低器件 的性能．虽 的II—VI族直接带隙半导体材料，广泛应用于场效 然采用更换生长液的方法可 以使上述 问题得到改 应管 [，2】、气体传感器 [0，4】、发光二极管 5[，6】和太阳 善 (7，l3]，但是该方法增加了实验操作的复杂性，而 能电池 7【)8】等领域．在ZnO的众多形貌中，由于 且要获得较长的Zn0纳米线所需的时间也会大大 ZnO纳米线具有较高的电导率和较大的比表面积， 增加 [141． 被认为是构建超高灵敏度气体传感器的理想材料． 基于微流控芯片制备ZnO纳米线阵列技术具 ZnO纳米线的制备方法主要包括：化学气相沉积 有许多突出的优势，其不但能降低反应物的消耗、 法 0[J、电化学沉积法 [10]和水热法 [1l】等．相 比较而 极大提高研究对象的可控制性，而且微流控系统所 言，由于醋酸锌热解法与水热法相结合技术具有 特有的持续注入生长液的能力，也可以使通道内反 成本低、工艺简单和形貌更容易控制等优点，该技 应体的浓度保持稳定，避免材料制备过程中过快的 术广泛地应用于ZnO纳米线的制备 [7,12】．然而，这 消耗，可有效解决生长液中悬浮的Zn0纳米线黏附 国家自然科学基金 (批准号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、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 (批准号资 助的课题． f通讯作者 ．E-m