研究目的
研究层级氧化锌纳米环（HNRs）的合成及其气体传感性能，并与纳米线（NWs）和纳米盘（NDs）等单形态纳米结构进行对比。
研究成果
与纳米线（NWs）和纳米盘（NDs）等单一形貌的纳米结构相比，层级结构的ZnO纳米环（HNRs）展现出更优异的气体传感性能，这归因于其高比表面积、纳米线构筑单元的小尺寸以及极性晶面比例的增加。该研究为通过调控纳米结构形貌来提升传感性能提供了指导。
研究不足
该研究聚焦于ZnO纳米结构对丙酮的气敏特性，且合成方法仅限于水热技术。传感器的性能具有温度依赖性，需针对每种形貌进行优化。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用可控水热合成技术制备层级ZnO纳米结构。生长溶液中依次使用硫酸锌和硝酸锌作为锌离子来源。
2：样品选择与数据来源：
选用带籽晶层的硅（Si）衬底生长ZnO纳米结构，通过SEM、STEM、XRD和PL光谱分析所制备纳米结构的形貌与结构。
3：实验设备与材料清单：
设备包括帕纳科X'pert衍射仪、飞利浦XL-20扫描电镜、日立HD2300A扫描透射电镜及Cary Eclipse光谱仪；材料包含六水合硝酸锌、七水合硫酸锌、HMTA、氢氧化铵和PEI。
4：实验流程与操作步骤：
生长过程涉及将溶液加热至特定温度并维持不同时间，随后清洗干燥样品。通过旋涂含ZnO纳米结构的溶液至预置金电极的SiO?/Si衬底制备气体传感器。
5：数据分析方法：
气体传感性能在连接基尔霍夫4200半导体分析仪的自制气室中测试，各传感器响应以气体与空气环境下的电流定义。
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Zinc nitrate hexahydrate
reagent grade, 98%
Sigma-Aldrich
Source of zinc ions in the growth solution
-
Hexamethylenetetramine
pH 7.0–9.0 (100 g/l, H?O, 20 °C), for synthesis
Sigma-Aldrich
Used in the growth solution
-
Ammonium hydroxide
28% NH3 in H2O, ≥99.99%
Sigma-Aldrich
Used in the growth solution
-
Polyethylenimine
end-capped, molecular weight 800 g/mol LS
Sigma-Aldrich
Used in the growth solution
-
Zinc sulfate heptahydrate
reagent grade, 99.9%
Sigma-Aldrich
Source of zinc ions in the growth solution
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Panalytical X-pert diffractometer
Investigation of the crystal structure of the produced nanostructures
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Philips XL-20 SEM
Analysis of the morphology of the produced nanostructures
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Hitachi HD2300A STEM
Electron diffraction measurements
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Cary Eclipse spectrometer
PL spectroscopy analysis
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QUADRASORB SI surface area analyzer
Measurement of nitrogen adsorption–desorption isotherms
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Keithley 4200 semiconductor analyzer
Analysis and testing of gas sensing properties
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