三氧化鎢納米塊結構感測器元件

氮氧化物(NOx)是一種導致酸雨和光化學煙霧等環境問題並對人類構成巨大威脅的有毒有害氣體。研究用於氮氧化物的準確檢測和監控的高性能的氣敏材料與器件對人類健康是至關重要的。

氧化鎢是一種寬禁帶的N型半導體材料，它在氣敏感測器領域有著廣泛的應用。 作為一種高性能的氣敏材料，氧化鎢可廣泛應用於各種有毒有害氣體如NOX、SO2、NH3等檢測。但是，WO₃氣敏材料工作溫度高(250℃左右)的缺點給傳感系統集成化帶來了複雜性和不穩定性。因此，如何能進一步提高氣敏感測器的靈敏度並有效的降低工作溫度，也就成為氧化鎢氣敏應用領域的重點。

為了提升氧化鎢的氣敏性能，有學者基於三氧化鎢納米塊的原理，採用溶劑熱法設計出一種可用於檢測氮氧化物感測器元件的製備方案，這種三氧化鎢納米塊結構感測器元件的製備步驟如下：

(1)陶瓷片基底的清洗

採用陶瓷片作為基底，將陶瓷片基底依次放入丙酮溶劑、無水乙醇中超聲振盪15-20 min，除去表面有機物雜質。隨後將陶瓷片基底放入去離子水中清洗，沖洗完成後放入無水乙醇中，並置於紅外烘箱中烘乾。

(2)製備Pt的叉指電極

將陶瓷片基底置於DPS-Ⅲ型高真空對靶磁控濺射設備的真空室中，採用品質純度99.99％ 的金屬鉑作為靶材，以品質純度99.999％的氬氣作為工作氣體，濺射工作壓強為2.0Pa，濺射功率80-90W，濺射時間8-10min，基底溫度為室溫，在氧化鋁基底表面形成叉指鉑電極。

(3)製備反應溶液

首先配置0.025M-0.1M的六氯化鎢溶液，將六氯化鎢溶於65ml去離子水中，磁力攪拌至全部溶解，形成白色的六氯化鎢溶液。

(4)製備氣敏感測器

將步驟(2)中鍍有鉑電極的氧化鋁基底置於內襯為聚四氟乙烯的不銹鋼水熱反應釜中，同時將步驟(3)製備的六氯化鎢溶液也轉移到反應釜中，密封，然後將反應釜置於恒溫乾燥箱中，在反應溫度200℃下在氧化鋁基底表面合成氧化鎢納米塊結構，反應時間為6-9h，反應完畢後，將反應釜自然冷卻到室溫；

(5)清洗反應後氧化鋁基底

將步驟(4)中溶劑熱反應後的氧化鋁基底，反復經去離子水和無水乙醇浸泡清洗，然後在 60-80℃的真空乾燥箱中乾燥8-10h；

(6)氣敏感測器元件的熱處理

將步驟(5)所製備的氧化鎢納米塊結構氣敏感測器元件置於馬弗爐中進行熱處理，熱處理 溫度為300-400℃，保溫時間為2h，升溫速率為2-5℃/min，用以增加氧化鎢納米塊的結晶性。

所製備的三氧化鎢納米塊結構感測器元件具有巨大的比表面積和較大的表面活性，並將該納米塊結構應用於氮氧化物氣敏感測器，結果表明：該三氧化鎢納米塊氣敏材料能在低溫(～100℃)條件下有效檢測氮氧化物，對氮氧化物氣體極低濃度探測(可達0.1ppm)，並具有很高的氣敏性、優良的重複性和很好的穩定性。

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