探究表面摻雜三氧化鎢氣敏性能

氣敏感測器一種是能夠感知環境中某種氣體及其濃度的敏感器件，它將氣體種類及其濃度有關的資訊轉換成電信號，根據這些電信號的強弱便可獲得與待測氣體在環境中存在情況有關的資訊。氣敏傳感器具有穩定區分氣體的能力、較強的氣體敏感度、迅速檢測信號的回應、使用壽命長等特點。三氧化鎢材料對NOx、NH3、H2S、H2等氣體表現出良好的敏感特性而得到廣泛的研究。

實驗步驟：
1. 首先，探索了鈦（Ti）摻雜WO₃面的電子特性，建立Ti摻雜模型，分別考慮了Ti替代W6c和W5c兩種情況。
2. 其次，分別研究了Ti-WO₃表面NO₂、NH₃和H₂的敏感機理。在Ti-WO₃表面建立氣體吸附模型時，考慮了4個頂吸附位點：橋位氧O1c、平位氧O₂c，Ti和6配位鎢W6c。NO₂和NH₃與Ti-WO₃表面的最佳吸附模型均為N原子和表面橋位氧O1c相鍵合，而H₂吸附的最佳模型有兩種，H原子與平位氧O₂c位元鍵合模型和與6配位元鎢W6c鍵合模型。

結論：
1. 對各最佳吸附模型氣體吸附前後的表面結構、態密度、電子布居等計算和分析可知，能帶結構、費米能級的變化，吸附過程的電子轉移是引起氣體吸附後電阻值變化的主要原因，從而揭示了Ti-WO₃材料的氣體敏感機理。
2. 分別對比NO₂、NH₃和H₂與未摻雜WO₃和Ti-WO₃的氣體敏感機理，發現Ti摻雜引起禁帶寬度和費米能級的改變使得摻雜模型在吸附過程中轉移的電子數目比未摻雜模型的要多，吸附前後Ti-WO₃材料的電阻變化幅度變大，有利於提高WO₃基氣敏感測器的性能。
3.計算結果表面Ti摻雜W₅c具有最低表面能並能形成穩定的摻雜結構，分析能帶結構、態密度可得，Ti摻雜引起的帶隙變化和新的電子能帶導致了WO₃表面性能發生了改變。

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