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1、I毕业设计（论文）任务书姓名 张文楷 班级 电子 1007 院系 光学与电子信息学院同组姓名 指导老师 刘欢一、课题名称新型半导体气体传感器制备与性能研究二、课题内容1. 纳米材料合成根据合成方案，两种前驱物在一定温度条件下进行合成反应，离心沉淀清洗后得到胶态量子点；2. 器件制备将上述产物按一定浓度分散于溶剂中，旋涂成膜，采用表面处理对其表面长链配体进行置换，辅以电极制作，得到器件；3. 气敏特性测试对器件进行不同气体及浓度的测试，得到测试结果；根据实验现象，通过改变实验条件设计多组对比实验，得出结论。三、课题任务要求1. 胶态合成法合成量子点；2. 合成及涂膜过程中采取表面配体置换，根据相
2、应气敏性能找到最好修饰条件；力争在较低工作温度下，能够实现响应及恢复时间短、稳定性及选择性好。II四、同组设计者五、主要参考文献1. 25th Anniversary Article: Colloidal Quantum Dot Materials and Devices: A Quarter-Century of Advances Jin Yong Kim,Oleksandr Voznyy,David Zhitomirsky,and Edward H.Sargent Advanced Material2013.42. A General and robust strategy for the
3、 synthesis of nearly monodisperse colloidal nanocrystals Xinchang Pang, Lei Zhao, Wei Han, Xukai Xin and Zhiqun Lin Nature2013.63. NOx sensors based on semiconducting metal oxide nanostructures: Progress and perspectivesAdeel Afzala,b, Nicola Cioffia,c, Luigia Sabbatinia, Luisa Torsia,c Sensors and
4、Actuators B2012.4指导老师签字：年 月 日III摘 要随着环境的进一步恶化，气体传感器对环境气体的监测显得越来越重要。NO2 作为一种非常重要的环境污染气体，一直受到国内外气体传感器科研工作者的关注量子点作为一种新型的纳米材料，具有比表面积大，尺寸小且易控制，易于表面修饰，与柔性衬底兼容等优势。因此，PbS 量子点气体传感器成为了有待继续开发的一种新型半导体气体传感器。量子点表面修饰是改变量子点器件性能的一种常用手段，本文首先探索研究了数十种不同无机盐溶液级表面修饰量子点对气体探测的影响，发现了 BaCl2，ZnCl 2，CdCl 2 三种无机盐表面修饰 PbS 量子点对气敏响
5、应有着促进作用。接着，针对 PbS 量子点气体传感器的合成工艺，进行了量子点尺寸与器件性能关系的研究，得出了尺寸越大，量子点性能越好的一般规律。再次，针对量子点气体传感器的制备工艺，进行了旋涂转速与器件性能关系的研究，得到了在保证膜连续的前提下，转速较低的器件有较高响应的一般规律。最终，根据上述三种优化方法，选取用 ZnCl2 表面修饰吸收峰在 1500 纳米的 PbS 量子点，按 600rpm/s 转速旋涂器件，制备出了与文献报道相比，响应提高 10 倍、更高响应速率、可恢复的高性能量子点气体传感器。关键词：胶态量子点 半导体气体传感器 表面修饰 优化IVAbstractWith the f
6、urther deterioration of the environment, gas monitoring to environmental gas of gas sensors is becoming more and more important. As a kind of significant environmental gas, NO2 has been concerned about by the research workers from home and abroad. As a new type of nanomaterials, quantum dots have so
7、me advantages like large surface area, small size, surface modification easily, compatibility with flexible substrates. Therefore, it has become a new type of semiconductor gas sensor to be further explored. Surface modification to quantum dots is a common way to improve the properties of quantum do
8、ts devices. Firstly, we discussed the effects of solution-level surface modified by different inorganic salts. Next, aiming at processes for synthesis of PbS QDs, we studied relation between the sizes of quantum dots and sensor response. Again, aiming at processes for fabrication of device, we studi
9、ed relation between rotate speed of spin coating and sensor response. Eventually, a type of gas sensor with 10-fold increase in response than reported in the literature, higher-speed and recoverable at room temperature has been explored. Keywords: Colloidal quantum dots Semiconductor gas transducer
10、Surface modification OptimizationV目 录摘 要 .IIIAbstract.IV1 选题背景 .11.1 半导体气体传感器 .11.2 NO2 气体传感器的研究现状 .21.3 纳米结构新型气体传感器 .31.4 量子点 .42 研究方案 .72.1 选题来源 .72.2 方案可行性 .82.3 方案基本思路及特点 .92.4 方案的具体实施步骤 .102.4 性能测试及表征 .113 PbS 量子点表面修饰结果分析 .143.1 无机盐溶解结果 .143.2 无机盐溶液与 PbS 量子点反应结果 .143.3 装置器件和器件性能测试 .143.4 表面修饰后的
11、紫外吸收图谱 .173.5 表面修饰结果分析及意义 .174 量子点尺寸优化及器件优化 .204.1 尺寸优化 .204.2 器件制备方法优化对器件性能的影响 .214.3 制备最好性能器件及总结 .235 毕设总结与展望 .25致 谢 .26参 考 文 献 .2711 选题背景随着国内环境的进一步恶化，空气质量的监测与提高成为国人迫切的愿望。在欧美国家，工业时代对环境的破坏已基本得到了解决，而我们国家对工业发展带来的空气污染仅仅只是开始关注，配套的整治措施和检测措施与发达国家还有很大的差距。在环境检测这个环节，气体传感器的作用不言而喻。但是，在市场调研中，我们发现，国内的气体传感器市场与国外
12、有着相当大的差距，国民对于气体传感器的使用非常有限。在市场上，半导体传感器、电化学传感器占据着主要地位，但是，价格昂贵、可探测气体种类稀少、响应低、高温反应等条件都使气体传感器的使用受到约束，只适用于一些大型工厂和科研单位。因此，气体传感器的研究还需要科学工作者的共同努力。1.1 半导体气体传感器半导体气体传感器的研究始于20世纪40年代到50年代。那时，主要的研究工作是针对各种半导体敏感材料吸附气体理论,人们认识到半导体金属氧化物在气体检测领域有着巨大的研究潜力。半导体式气体传感器检测原理是利用半导体气敏材料吸附气体后,其电阻值有显著改变,通过敏感元件來测量气体含量或种类。Brattein和Bardeen 首次利用表面光电效应观察到半导体Ge材料的体电阻的变化 1,后来Heiland 在半导体材料ZnO中同样发现了材料在遇到外界气体时电阻变化的现象,Seiyama等人发现ZnO 和贵金属掺杂的 WO3材料与半导体敏感材料一样
