1、金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料因其制備方法簡(jiǎn)單、成本低、對(duì)多種氣體有響應(yīng)等特性而被廣泛應(yīng)用于氣敏傳感領(lǐng)域。近年來，針對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料的研究一直是作為提升氣敏傳感性能的主要突破點(diǎn)而備受重視，主要研究方向包括材料類型、形貌結(jié)構(gòu)、暴露晶面、表面改性和器件結(jié)構(gòu)等。但在制備氣敏傳感器原型器件時(shí)，普遍采用涂覆成膜工藝，該過程步驟繁瑣、成品率低，且易造成材料團(tuán)聚，從而喪失納米材料優(yōu)勢(shì)。考慮到基于納米陣列材料的器件具有通透的立體開放式結(jié)構(gòu)，使得目標(biāo)

2、氣體更容易擴(kuò)散到材料內(nèi)部，若能制備一種直接在襯底上生長(zhǎng)的納米陣列作為氣敏材料，上述問題則迎刃而解。本文以金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器為研究對(duì)象，立足于用水熱法制備新型金屬氧化物半導(dǎo)體納米陣列氣敏材料，通過對(duì)前驅(qū)體產(chǎn)物表征分析解析其生長(zhǎng)機(jī)理，并通過構(gòu)筑氣敏傳感器原型器件，對(duì)材料的氣敏性能進(jìn)行測(cè)試，最后結(jié)合目前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展大趨勢(shì)，提出基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)氣敏傳感系統(tǒng)的概念。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴用一種氟離子輔助水熱法及后續(xù)熱處

3、理，制備了一種菱形ZnO納米棒陣列材料；分析發(fā)現(xiàn)F-離子在水熱反應(yīng)過程中對(duì)納米形貌結(jié)構(gòu)起決定性作用；直接在襯底生長(zhǎng)制備氣敏材料簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)氣敏傳感器涂覆成膜的制備工藝；測(cè)試發(fā)現(xiàn)在450oC熱處理?xiàng)l件下的菱形ZnO納米陣列材料具有最佳的乙醇傳感性能，工作溫度在300oC時(shí)其探測(cè)乙醇的響應(yīng)值可達(dá)~11.8，響應(yīng)-回復(fù)時(shí)間分別為4 s和7 s，并表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性、重復(fù)性和穩(wěn)定性；該菱形ZnO納米陣列氣敏傳感材料表現(xiàn)出典型的n型半導(dǎo)體表面控制型

4、氣敏傳感特性，其特殊的納米陣列結(jié)構(gòu)、多孔表面、多晶性質(zhì)和表面大量的點(diǎn)缺陷，是其具有優(yōu)異的氣敏傳感性能的主要原因。⑵通過氟離子輔助水熱法又制備了一種菱形Co3O4納米棒陣列，發(fā)現(xiàn)除了F-離子影響外，水熱反應(yīng)的溫度對(duì)納米結(jié)構(gòu)也有決定性的作用，驗(yàn)證了Co2+在水熱反應(yīng)中與不同陰離子的結(jié)合能力差異；因無需預(yù)制籽晶層，該法進(jìn)一步簡(jiǎn)化氣敏傳感器制備工藝；測(cè)試發(fā)現(xiàn)在450oC熱處理的傳感器件有最好的乙醇?xì)饷粜阅埽綔y(cè)100 ppm乙醇其敏感值可達(dá)~3

5、1.4，最優(yōu)工作溫度低至160oC，響應(yīng)-回復(fù)時(shí)間分別為61 s和54 s，同時(shí)具有突出的選擇性及穩(wěn)定性；該菱形Co3O4納米棒陣列氣敏傳感材料表現(xiàn)出典型的p型半導(dǎo)體材料表面控制型氣敏傳感特性，除具有n型菱形ZnO納米棒陣列材料的各種優(yōu)勢(shì)，其特殊的暴露晶面富含大量懸掛鍵，更有利于氣敏反應(yīng)。⑶利用Co2+在水熱反應(yīng)中與不同陰離子結(jié)合力的差異，用尿素代替六亞甲基四胺，合成了一種針狀Co3O4納米線陣列材料；反應(yīng)過程中CO32-與Co2+具有

6、最強(qiáng)的結(jié)合力，取代OH-和F-對(duì)形貌起決定性作用；350oC條件下熱處理得到的傳感器探測(cè)100 ppm乙醇敏感值可達(dá)~89.6，其最佳工作溫度只有130oC，雖具有優(yōu)異的選擇性和穩(wěn)定性，但其響應(yīng)-回復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，分別為449 s和646 s；兩種p型Co3O4納米陣列材料氣敏傳感性能的差異可能歸因于不同暴露晶面上的Co2+和Co3+的含量不同及其與氧負(fù)離子的結(jié)合能不同。⑷制備了一種基于吹氣驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤式摩擦納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)氣敏傳感系統(tǒng)；基于