納米WO3薄膜對H2S氣體的敏感特性與機(jī)理研究.pdf

1、由于具有靈敏度高、制作成本低廉、響應(yīng)速度較快、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器已被廣泛應(yīng)用在各種有毒氣體、家居燃?xì)?、環(huán)境污染氣體、工業(yè)廢氣的檢測。WO3是應(yīng)用廣泛的金屬氧化物氣敏材料之一，其資源豐富、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對很多氣體具有較優(yōu)的敏感特性，但仍存在工作溫度高、選擇性差等問題。小尺寸的膠體納米晶以其比表面積大、表面活性高、優(yōu)良的室溫成膜特性等成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，是制備低功耗、高靈敏度、快速響應(yīng)恢復(fù)氣體傳感器的理想材料之

2、一。本文采用溶劑熱法制備了WO3膠體納米晶，將其涂敷在陶瓷襯底上制備出納米WO3薄膜，研究了其對H2S的敏感特性與機(jī)理。
　　本文首先研究了合成時間對WO3材料形貌的影響，當(dāng)溶劑熱合成溫度為180℃時，合成時間為3h、12h和24h時產(chǎn)物分別為晶粒尺寸3nm WO3納米晶、WO3納米線、長為6nm，寬為2.5nm WO3納米晶。將其在室溫下旋涂成膜并結(jié)合CuCl2配體置換制備氣敏薄膜，研究結(jié)果表明3nm的WO3納米晶氣敏特性最優(yōu)，

3、在較低溫度80℃下對50ppm H2S靈敏度達(dá)到57，而且具有較短的響應(yīng)和恢復(fù)時間，分別為47s和126s，并且具有良好的選擇性，檢測下限低至46ppb。我們以氧化物半導(dǎo)體傳統(tǒng)氣敏機(jī)理模型為基礎(chǔ)，采用基于密度泛函理論的第一性原理計算，研究了H2S和O2在WO3還原性與氧化性表面的吸附行為，計算結(jié)果表明，H2S在WO3表面吸附導(dǎo)致了n型摻雜，吸附過程中WO3得到電子，電阻下降，從而實現(xiàn)了氣敏響應(yīng)。
　　論文還基于市售片式傳感器基片制