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氧化鋅(ZnO)作為一種新型的無機(jī)化工半導(dǎo)體材料,一般狀態(tài)下為N型半導(dǎo)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(yīng)用于多種器件中,例如場效應(yīng)管、紫外光探測器、壓電傳感器、電化學(xué)傳感器等,同時又作為一種非常環(huán)保的材料進(jìn)而使得越來越多的研究者們對它有了極大的關(guān)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(xué)性能等優(yōu)勢使其在化學(xué)、光學(xué)和電學(xué)等方面表現(xiàn)出了優(yōu)良的物理和化學(xué)性能。這推動了ZnO納米材料在醫(yī)學(xué)、場發(fā)射研究領(lǐng)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(zhì)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(fù)電粒子,是一種被電離了的呈現(xiàn)宏觀電中性的氣態(tài)系統(tǒng)。在高溫或特定激勵下,等離子體放電可產(chǎn)生豐富的化學(xué)活性粒子以及等離子體鞘層,因此其被普遍應(yīng)用在表面處理與改性等領(lǐng)域。

氧等離子體處理技術(shù)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(nèi)提高材料表面的物理和化學(xué)特性,例如導(dǎo)電性和生物相容性等。與強(qiáng)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(dǎo)體材料進(jìn)行表面改性,并且這種結(jié)構(gòu)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(jīng)過氧等離子體處理引入反應(yīng)性氣體,在納米材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成新的官能團(tuán),例如羥基、羧基等與表面自由基、形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)層使得材料表面特性發(fā)生突變,進(jìn)而獲得新的化學(xué)結(jié)構(gòu)。經(jīng)氧等離子體處理后使得更多的含氧基團(tuán)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(qiáng)了電極表面活性位的數(shù)量,從而明顯提升材料的反應(yīng)活性,改善電化學(xué)傳感器檢測的電學(xué)和光學(xué)特性等。

氧等離子體處理改善ZnO氣敏性能

經(jīng)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(yīng)。

氧等離子體處理改善ZnO納米纖維氣敏性能的機(jī)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(yīng)值;材料局部的極性改變,提高了材料對強(qiáng)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。