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1. 研究目的与意义（文献综述）
液氨用途广泛，可作医药和农药原料、有机化工产品的氨化原料以及降温制冷剂[1]。但液氨存储不当可能会导致氨气泄漏，氨气是一种有毒有害且易燃易爆炸的气体，会对人们生命财产安全造成极大的威胁。故而针对氨气的气敏传感器具有一定的研究意义和实用价值[2,3]。在众多气体探测方法中，基于半导体材料的电阻型气敏传感器具有结构简单、成本低廉、稳定性好等优点，是研究最为广泛的气敏传感器之一[4]。在各类半导体材料之中，氧化锌是其中一种常见的直接带隙宽禁带n型半导体氧化物，它具有典型的钎锌矿结构，是一种同时具有半导体性、压电性和气敏性等多种功能的薄膜材料，其制备工艺简单、原料丰富、无毒无害，以及有着优越的光电性能，是最具有发展前景的金属氧化物半导体气敏材料之一[5,6]。
氧化锌的主要传感机理属于表面控制型，即该材料的电阻率与目标气体分子在材料表面上的吸附和解吸有关，当材料吸附的是还原性气体时，吸附氧离子与气体分子在材料的表面发生反应，氧化锌传感器的电阻从而减小[7,8]。学者首次将zno 用于气敏领域是在1962年，自此开启了zno在气敏领域应用的时代[9]。之后，纳米材料逐渐进入人们的视野，因纳米zno粒子尺寸小，具有特殊的表面效应，可以提供更多的表面活性位点，提高材料的气敏性能，近年来已成为研究热点[10,11]。
在气敏领域研究的有害气体中，氧化锌对多种挥发性有机气体有很好的检测。fan[12]等人采用两步法制备了管状结构的三维分层多孔zno，它的多孔结构、高比表面积、小的纳米颗粒尺寸使该zno对乙醇可以实现高效的检测，其在最佳工作温度250oc下对50 ppm的乙醇响应可以达到36.6，最低检测限可以实现到2 ppm。luo[13]等人采用乙醇辅助水热法，在140oc的温度下，制备了由纳米片状组成的分层花状zno纳米结构，纳米片的直径为4.5 m，厚度是40 nm，其在320oc下对500 ppm丙酮的响应可以达到35.1，其响应时间和恢复时间分别是0.5 s和4 s。du[14]等人通过一个简单的水热方法制得了棱柱状的纳米zno，在100oc对1 ppm的三乙胺具有高响应和高选择性。zhang[15]等人采用水热法，在低温条件下成功地合成了由纳米棒和纳米片组装的微球组成的体系结构，纳米薄片中存在大量的中孔，并且薄片间有较大的空隙，由此提供了大的比表面积，使其成为对二甲胺有高灵敏度的气体传感器的理想材料，在370oc下对100 ppm的二甲胺的响应可以达到120。
2. 研究的基本内容与方案
基本内容：理解磁控溅射镀膜方法的原理，研究分析影响氧化锌气敏特性的影响因素，了解以氧化锌为例的半导体材料对氨气的响应机制。制备带叉指电极的氧化锌薄膜；搭建实验平台，利用磁控溅射法在相同条件下制得多个氧化锌薄膜；控制工作温度的变化，于不同加热温度下分别与一定浓度的氨气（n2和o2为背景气体）进行反应，并观察、探究其导电性的变化差异，对比分析对气敏特性的影响情况。
目标：通过制备多个氧化锌薄膜，来探究不同工作温度条件下氧化锌薄膜对氨气的气敏响应及传感特性的影响，分析并总结氧化锌薄膜在不同的加热温度下的气敏特性。针对实验所得结果，加以解释工作温度对氧化锌薄膜气敏特性造成影响（或无影响）的机制原理，最后并得出氧化锌薄膜最佳的工作条件。
拟采用的技术方案及措施：在一密闭空间环境气氛中，利用磁控溅射装置在相同且严格的条件下制得多个氧化锌薄膜，以备代用。完成上一步操作后，对制得的薄膜经退火等处理，随后将各个制得的合格产品逐一放入气敏传感实验平台的容器内进行实验，保持每次实验时该容器中充有相等且一定浓度的氨气。实验进行过程中，控制加热装置及温控装置以适当调整工作温度值，使各个氧化锌薄膜能在不同工作温度下与氨气进行反应，同时在整个过程中利用吉时利2400仪器实时检测氧化锌薄膜的电阻变化情况，并使用labview程序采集相应数据、显示结果。根据所得数据结果，分析、判断氧化锌薄膜的气敏特性是否会因工作温度的变化而受影响，并得出最佳的工作条件（即具体工作温度值）。
3. 研究计划与安排
第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解氧化锌薄膜的不同制备方法及其优缺点；了解气敏传感器的不同类型及其优势劣势，对气敏传感器的性能参数及其定义有明确的了解，完成开题报告；第4 - 6周：完成英文文献翻译，进一步完善研究目标，理解磁控溅射镀膜方法的原理及重要参数，理解以氧化锌对氨气的响应机制，推导其工作温度与氧化锌气敏特性可能的存在的关联，设计实验；第7 - 9周：制备带叉指电极的氧化锌薄膜；通过实验测量氧化锌薄膜在一定浓度氨气环境中的导电率变化情况，分析其响应机制，搭建实验平台，测量在一定浓度的氨气（N2和O2为背景气体）中氧化锌薄膜的导电性变化情况，分析其本质的响应机制；第10－13周：控制工作环境的加热温度，对各个薄膜气敏特性实验结果进行分析，联系理论依据，总结出在不同工作温度的氧化锌薄膜的气敏特性且分析其原因，并给出最佳的工作条件。第14－15周：完成并修改毕业论文；第16周: 准备论文答辩。
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 唐永亮. 基于氧化锌纳米棒阵列的声表面波氨气传感器[c]. 中国工程物理研究院、北京理工大学、中国化学会. 第二届全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集.中国工程物理研究院、北京理工大学、中国化学会:中国化学会,2013:542-547.
[2] nanostructured materials for room-temperature gas sensors[j]. advanced materials, 2016, 28(5):795-831.
[3] vinoth, e., gowrishankar, s., et al. effect of mg doping in the gas-sensing performance of rf-sputtered zno thin films. applied physics a, 2018, 124(6):1-8.
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