文档介绍：中文摘要
论文题目：金属氧化物半导体共轴纤维及其气体传感性能的研究
作 者：曹 静
学 号：2012511021
专 业：微电子学与固体电子学
指导教师：张彤教授
本论文致力于利用金属氧化物纤维研究开发高性能气体传感器。针对纳米粒子
易团聚造成敏感材料表面利用率低的缺点，通过改进传统的静电纺丝方法构建一维
中空结构纤维、孔径不同的中空结构纤维来实现增大敏感材料的比表面积，提高其
气体敏感特性的目的；利用共轴静电纺丝方法将不同组分的金属氧化物半导体巧妙
地结合到一起构建核壳结构异质纳米纤维达到增感的目的；针对 p 型金属氧化物半
导体气敏材料的灵敏度低，选择性差等缺点，通过掺杂不同组分的金属元素对核壳
结构 NiO 微球进行功能改性，实现 p 型半导体核壳结构 NiO 微球的高灵敏度及高
选择性的气敏特性。在上述基础上，研究了五种高性能气体传感器，对其敏感材料
的形成过程以及敏感特性提高的内在原因进行分析，得到如下主要成果：
1. 利用共轴静电纺丝方法合成了中空结构 SnO2 纤维，解决了大量纳米颗粒堆
积造成的敏感材料表面利用率降低的问题，增加了纤维结构的比表面积。对比研究
了中空结构 SnO2 纤维与实心结构 SnO2 纤维的气敏性能，结果显示中空结构 SnO2
纤维对乙醇气体的敏感特性明显优于实心结构 SnO2 纤维。
2. 利用共轴静电纺丝方法合成了孔径不同(~100 nm，~500 nm 和~1 µm)的中空
结构 In2O3 纤维。深入研究孔径不同的中空结构 In2O3 纤维对气体传感器的增感作
用，增加了待测气体分子在敏感材料表面的吸附量，使敏感元件的灵敏度大幅提
高。
3. 将核壳结构纳米纤维材料应用在气体传感器上，改善单一半导体敏感材料
在传感应用中表现出的灵敏度低、选择性差等问题，揭示了气体传感器性能高度依
赖材料微观结构的规律性；通过内外流体中高分子聚合物的不相溶特性形成 α-
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******@NiO 核壳结构纳米纤维和 Co3O4/ α-Fe2O3 核壳结构纳米纤维，深入分析核与
壳在敏感特性方面各自的作用，建立了核壳结构纳米纤维材料的敏感机理模型。
4. 利用静电纺丝方法制备了核壳结构 NiO 微球。针对 p 型半导体 NiO 对气体
的灵敏度低，选择性差等缺点对其进行 Cr 元素掺杂，合成掺杂不同量 Cr 的核壳结
构 NiO 微球，将其应用在气体传感器上，测试结果表明，其对间二甲苯气体表现
出高的灵敏度和优异的选择性，该传感器适用于探测低浓度间二甲苯气体。
关键词：
金属氧化物半导体，静电纺丝，气体传感器，灵敏度
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Abstract
Title: Study on Coaxial Fiber of Metal Oxide Semiconduntor and its Sensing
Properties for Gases
Author: Jing Cao
Student ID: 2012511021
Major: Microelectronics and Solid State Electronics
Advisor: Tong Zhang
Here, we investigate and develop metal oxide semiconductor nanofibers based high
performance gas