WO3納米晶微觀形貌、物相和晶面結(jié)構(gòu)控制及氣敏性能研究.pdf

1、WO3基半導(dǎo)體金屬氧化物氣體傳感器具有制造簡(jiǎn)單、成本低廉、靈敏度高、響應(yīng)速度快和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，受到科研工作者和工業(yè)界的重視。本課題利用水熱法，通過(guò)控制結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的種類(lèi)和含量、水熱溫度、體系pH值以及熱處理工藝制備 WO3納米晶并對(duì)其進(jìn)行氣敏測(cè)試，研究了材料形貌、物相結(jié)構(gòu)和晶面結(jié)構(gòu)對(duì)材料氣敏性能的影響，并探討了氣敏選擇性機(jī)理以及提高材料氣敏選擇性的方法。
　　WO3納米晶的微觀形貌對(duì)其氣敏響應(yīng)量、響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間、靈敏度和選擇性都具

2、有重要影響。相對(duì)于 WO3納米粒子，納米棒和納米塊，納米片由于具有取向性、粒徑較小且無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，具有最高的氣體響應(yīng)量、靈敏度和最好的選擇性。因此不同形貌的WO3納米晶材料表現(xiàn)出不同的氣敏性能，WO3二維納米晶氣敏性能優(yōu)異，在制備氣敏器件中將發(fā)揮重要的作用。
　　WO3納米晶的物相結(jié)構(gòu)對(duì)其氣敏性能，尤其是選擇性具有重要影響。三斜相WO3納米片在230℃對(duì)20 ppm丙酮?dú)怏w的響應(yīng)量為9.6，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別為15 s和16 s

3、，且基線(xiàn)穩(wěn)定，對(duì)其他氣體的響應(yīng)量低于4，具有氣敏選擇性好、靈敏度高、穩(wěn)定性好以及工作溫度低等優(yōu)點(diǎn)，氣敏性能優(yōu)于單斜相和六方相。這是由于三斜相 WO3納米晶具有離心結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性低于單斜相和六方相，具有較大的偶極矩。極性分子丙酮也具有較大的偶極矩，因而與三斜相WO3之間的相互作用較強(qiáng)，使得三斜相WO3對(duì)丙酮具有較大的響應(yīng)量。三斜相WO3納米片在100℃對(duì)NO2具有超敏特性和極好的選擇性，對(duì)300 ppb NO2氣體的響應(yīng)量為18.8。由

4、于 NO2具有未配位電子對(duì)，是強(qiáng)氧化性和強(qiáng)電負(fù)性氣體，與WO3接觸后極易奪取材料表面電子使材料電阻值顯著升高，因而WO3表現(xiàn)出對(duì)NO2極強(qiáng)的敏感性和選擇性。
　　暴露晶面和晶面原子結(jié)構(gòu)對(duì)材料氣敏性能具有重要影響。三斜相 WO3納米片由于暴露(200)晶面，晶體表面具有較多O1c活性點(diǎn)位，可與被測(cè)氣體分子在其工作溫度下發(fā)生化學(xué)吸附和反應(yīng)，而單斜相和六方相在其主晶面上則暴露較少或不暴露 O1c點(diǎn)位。因此，在單斜、三斜和六方相三者中，三