WO3納米線電子結(jié)構(gòu)與氣體吸附性能研究.pdf

1、WO3是一種用途廣泛的寬禁帶半導(dǎo)體材料,在傳感器、場發(fā)射器件、發(fā)光器件等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。特別地,一維 WO3納米線是一種性能優(yōu)良的氣敏材料,可用于高靈敏度氣體傳感器中實(shí)現(xiàn)對各種毒性危險(xiǎn)性氣體的探測。本論文基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算的方法研究了 WO3納米線不同表面結(jié)構(gòu)、生長方向及線直徑對電子結(jié)構(gòu)的影響及WO3納米線的NO2氣體吸附性能。
　　WO3納米線的表面結(jié)構(gòu)明顯影響納米線的電子能帶結(jié)構(gòu)、帶隙和態(tài)密度。以氧單層封閉

2、的納米線,表面鈍化后其帶隙由于量子限域效應(yīng)比體材料展寬了0.257 eV;以裸氧層封閉的WO3納米線由于O=O結(jié)構(gòu)的存在使得費(fèi)米面上存在很大的電子態(tài)密度,而以 WO2面封閉表面的WO3納米線則呈現(xiàn)出金屬性質(zhì)。WO3納米線帶隙隨納米線直徑的減小而逐漸增大,表現(xiàn)出明顯的量子限域效應(yīng)。生長方向的變化造成WO3納米線的電子重新排布。沿[001]方向生長的納米線帶隙受量子限域效應(yīng)和晶胞中周期性氧氧長短鍵結(jié)構(gòu)的共同影響,導(dǎo)致其帶隙變化并不完全符合量

3、子限域效應(yīng)。
　　當(dāng) WO3納米線表面懸掛鍵被飽和后,納米線處于穩(wěn)定的狀態(tài),表面態(tài)密度低,NO2在其表面吸附后與納米線之間的電子轉(zhuǎn)移數(shù)目很小(0.04e),用于氣體傳感器難以獲得高的靈敏度。因此,要使WO3納米線接觸NO2氣體后具有高的靈敏度,必須保證納米線表面存在高密度表面態(tài)。當(dāng) WO3納米線吸附氧離子形成以裸氧層封閉的表面時,除 NO2分子本身對納米線電子的吸收作用外,NO2在 WO3納米線表面的吸附還導(dǎo)致了納米線中更多的電子