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氧化鋅(ZnO)作為一種新型的無機化工半導體材料,一般狀態(tài)下為N型半導體,具有良好的光電性、穩(wěn)定性、光催化性等特性同時具有很寬的帶隙(3.37eV)這些特性使它可以應用于多種器件中,例如場效應管、紫外光探測器、壓電傳感器、電化學傳感器等,同時又作為一種非常環(huán)保的材料進而使得越來越多的研究者們對它有了極大的關注。近年來,ZnO材料成為了研究中最受歡迎的過渡金屬氧化物之一。ZnO納米材料為白色粉末,粒子尺寸小,比表面積大,具有環(huán)境友好性、生物相容性和良好的電化學性能等優(yōu)勢使其在化學、光學和電學等方面表現出了優(yōu)良的物理和化學性能。這推動了ZnO納米材料在醫(yī)學、場發(fā)射研究領域、傳感器方面擁有更廣闊的發(fā)展前景。

氧等離子體處理

等離子體是與固體、液體、玻色-愛因斯坦凝聚體、費米子凝聚體等并列的一種物質存在狀態(tài)。通常情況之下,等離子體中含有大量的中性粒子(原子、分子或自由基等)以及正、負電粒子,是一種被電離了的呈現宏觀電中性的氣態(tài)系統。在高溫或特定激勵下,等離子體放電可產生豐富的化學活性粒子以及等離子體鞘層,因此其被普遍應用在表面處理與改性等領域。

氧等離子體處理技術是一種省時又環(huán)保的方法用于對各種基材和幾何形狀的表面改性。它可以在很短的時間內提高材料表面的物理和化學特性,例如導電性和生物相容性等。與強酸處理方法相比,氧等離子體處理可以輕松的對薄膜或半導體材料進行表面改性,并且這種結構比散裝材料有更大的比表面積,因此該方法更適用于納米材料的處理。經過氧等離子體處理引入反應性氣體,在納米材料表面發(fā)生化學反應,形成新的官能團,例如羥基、羧基等與表面自由基、形成交聯結構層使得材料表面特性發(fā)生突變,進而獲得新的化學結構。經氧等離子體處理后使得更多的含氧基團引入可以顯著改善材料表面與生物分子之間的相互作用,增強了電極表面活性位的數量,從而明顯提升材料的反應活性,改善電化學傳感器檢測的電學和光學特性等。

氧等離子體處理改善ZnO氣敏性能

經氧等離子體處理后,ZnO材料晶粒粒徑減小,材料的比表面積增大,材料表面吸附氧的比例大幅度增加,這些因素共同提升了ZnO納米纖維材料對丙酮的氣敏響應。

氧等離子體處理改善ZnO納米纖維氣敏性能的機理:氧等離子體處理后,材料表面耗盡層增寬,晶粒間勢壘增高,材料的電阻變化范圍增大,增大了材料氣敏響應值;材料局部的極性改變,提高了材料對強極性分子的吸附能力,降低了對弱極性分析的吸附能力,改善了材料對丙酮吸附的抗干擾能力。