氧化锌(ZnO)作为一种新型的无机化工半导体材料,一般状态下为N型半导体,具有良好的光电性、稳定性、光催化性等特性同时具有很宽的带隙(3.37eV)这些特性使它可以应用于多种器件中,例如场效应管、紫外光探测器、压电传感器、电化学传感器等,同时又作为一种非常环保的材料进而使得越来越多的研究者们对它有了极大的关注。近年来,ZnO材料成为了研究中最受欢迎的过渡金属氧化物之一。ZnO纳米材料为白色粉末,粒子尺寸小,比表面积大,具有环境友好性、生物相容性和良好的电化学性能等优势使其在化学、光学和电学等方面表现出了优良的物理和化学性能。这推动了ZnO纳米材料在医学、场发射研究领域、传感器方面拥有更广阔的发展前景。

氧等离子体处理

等离子体是与固体、液体、玻色-爱因斯坦凝聚体、费米子凝聚体等并列的一种物质存在状态。通常情况之下,等离子体中含有大量的中性粒子(原子、分子或自由基等)以及正、负电粒子,是一种被电离了的呈现宏观电中性的气态系统。在高温或特定激励下,等离子体放电可产生丰富的化学活性粒子以及等离子体鞘层,因此其被普遍应用在表面处理与改性等领域。

氧等离子体处理技术是一种省时又环保的方法用于对各种基材和几何形状的表面改性。它可以在很短的时间内提高材料表面的物理和化学特性,例如导电性和生物相容性等。与强酸处理方法相比,氧等离子体处理可以轻松的对薄膜或半导体材料进行表面改性,并且这种结构比散装材料有更大的比表面积,因此该方法更适用于纳米材料的处理。经过氧等离子体处理引入反应性气体,在纳米材料表面发生化学反应,形成新的官能团,例如羟基、羧基等与表面自由基、形成交联结构层使得材料表面特性发生突变,进而获得新的化学结构。经氧等离子体处理后使得更多的含氧基团引入可以显著改善材料表面与生物分子之间的相互作用,增强了电极表面活性位的数量,从而明显提升材料的反应活性,改善电化学传感器检测的电学和光学特性等。

氧等离子体处理改善ZnO气敏性能

经氧等离子体处理后,ZnO材料晶粒粒径减小,材料的比表面积增大,材料表面吸附氧的比例大幅度增加,这些因素共同提升了ZnO纳米纤维材料对丙酮的气敏响应。

氧等离子体处理改善ZnO纳米纤维气敏性能的机理:氧等离子体处理后,材料表面耗尽层增宽,晶粒间势垒增高,材料的电阻变化范围增大,增大了材料气敏响应值;材料局部的极性改变,提高了材料对强极性分子的吸附能力,降低了对弱极性分析的吸附能力,改善了材料对丙酮吸附的抗干扰能力。