1. 研究目的与意义（文献综述）

现代工业技术迅速发展，随之而来的便是废气排放与大气污染问题。人们对大气污染物以及有毒、有害气体的检测和监控越来越重视。气体传感器是一种检测气体种类和浓度的元件，它将化学信号转换成电信号，已被广泛应用于工业生产、家庭安全、环境监控和医疗检测等领域。气体传感器主要分为半导体式、接触燃烧式和电化学式等。半导体式具有体积小、能耗低、构成简单、使用方便等优点，成为世界上产量最大、应用最为广泛的传感器之一。其中，金属氧化物半导体气敏材料占据主导地位。

zno是一种典型的金属氧化物半导体，具有高电子迁移率、高禁带宽度（3.37 ev）、高激子束缚能（60 mev）、无毒等优势。尤其是当其纳米化后，具有更高的比表面积，并且由于纳米尺寸效应引起的高密度的表面活性位点存在，使其响应值、响应/恢复速率及可靠性都得有大幅度提高。然而，zno纳米气敏材料仍具有工作温度高和选择性差等缺点。

表面修饰是降低zno工作温度的有效手段，其中主要以贵金属和金属氧化物修饰为主。陈等采用真空蒸镀法制备au纳米颗粒修饰的zno纳米棒阵列，研究其气敏性能发现，贵金属修饰能显著提高在较低工作温度下对甲醛气体的响应值。魏等采用水热法合成的sno₂修饰zno纳米材料对乙醇的最佳工作温度由纯zno的320 °c降低为240 °c。在此最佳工作温度下，其对200 ppm的乙醇气体的响应值高达39.68。庄等制备了cuo修饰的zno纳米纤维，研究表明其对100 ppm乙醇的最佳工作温度由纯zno的220 °c降低为180 °c，且响应值达15以上。mno₂中的mn为 4价，具有较强的氧化性。谢等研究发现在zno纳米材料中添加少量的mno₂能明显提高在较低温度下对甲醛气体的响应值。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

2.1.1 mno₂纳米片修饰的zno纳米棒阵列制备及气敏元件制作

采用水热法制备zno纳米阵列，将纳米阵列放入kmno₄溶液中160 °c保温1-5小时，取出后60 °c烘干，即得mno₂纳米片修饰的zno纳米棒阵列。将其贴附在陶瓷管电极上退火，获得mno₂纳米片修饰的zno纳米棒阵列气敏元件。

3. 研究计划与安排

第1－2周：文献调研，翻译英文文献；

第3－5周：整理资料，在任务书的基础上，设计研究方案，确定切实可行的实验技术路线，了解相关的结构和性能的测试方法；撰写开题报告，开题答辩；

第6－9周：材料制备和结构表征；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] liu j, jiang j, cheng c, et al. co₃o₄ nanowire@mno₂ ultrathin nanosheet core/shell arrays: a newclass of high-performance pseudocapacitive materials[j]. advanced materials,2011, 23: 2076-2081.

[2] ranjith k, pandian r, mcglynn e, etal. alignment, morphology and defect control of vertically aligned zno nanorodarray: competition between “surfactant” and “stabilizer” roles of the aminespecies and its photocatalytic properties[j]. crystal growth amp; design, 2014,14: 2873-2879.

[3] yang t, liu y, chen w, et al.investigation on the transformation of absorbed oxygen at zno {1010} surface based on a novel thermal pulse method anddensity functional theory simulation[j]. acs sensors, 2017, 2: 1051-1059.