氧化鎢/氧化釩異質結納米線陣列氣敏材料

進入21世紀，工業化水準快速發展，但人類賴以生存的自然環境與生態卻遭到嚴重破壞，空氣中存在著大量有毒有害氣體，霧霾、酸雨、PM2.5等，這一切的罪魁禍首可歸究於NOx類有毒氣體，市場需求高效且準確檢測和預防有毒有害氣體的感測器。

要獲得高性能的納米感測器，首先就要製備出可以提供這些高性能可能性的納米材料。WO₃作為n型的半導體材料的金屬氧化物，具有低成本，高靈敏度，易於控制與操作的優點已是國內外研究熱點。

WO₃晶體表面的原子性質活躍容易吸附氣體分子，而當氣體分子吸附在晶體表面時，會使其內部載流子濃度發生相應的變化，表現為感測器的電阻變化。鑒於氧化鎢的活躍原子位於晶體表面因此極大的擴大晶體表面與氣體的接觸面積，能夠有效的改善氣敏性能。但這依然不能達到市場化與集成化應用的要求。為了得到高選擇性、高靈敏度、低工作溫度，高穩定性的氣敏感測器，目前主要通過氣敏材料改性來提高氣敏性能。

提升三氧化鎢的氣敏性能可通過構造異質結構改性。異質結結構目前主要應用於半導體雷射器，發光器件，太陽電池等科學領域。將異質結應用於氣敏領域是一個極具潛力的方向。有學者採用一種氧化鎢/氧化釩異質結納米線陣列氣敏材料來探測二氧化氮，其材料製備過程如下：

步驟1，利用對靶磁控濺射在基底單面拋光矽片上沉積鎢薄膜材料層，以金屬鎢作為靶材，以氬氣為濺射氣體，濺射工作氣壓為2.0Pa，濺射功率為80W，濺射時間為20min；

步驟2，在真空高溫管式爐設備對步驟1製備的鎢薄膜進行結晶生長氧化鎢納米線，環境氣氛為氧氣和氬氣的混合氣體，在氧化鎢納米線生長過程中，控制氧氣和氬氣流量分別為0.1sccm和35sccm，控制爐內生長壓力為140Pa，管式爐從室溫25攝氏度升到 700℃，升溫速率5℃/min，在700℃保溫1小時，然後降溫1小時至400℃，最後自然冷卻到室溫25攝氏度；

步驟3，氧化鎢納米線的退火處理，將步驟2製備的氧化鎢納米線在500℃且空氣氣氛環境下退火1小時，以進一步穩定晶向；

步驟4，利用對靶磁控濺射經過步驟3製備處理的基底的氧化鎢納米線層上沉積釩膜，以金屬釩作為靶材，以氬氣作為濺射氣體，惰性氣體流量為50sccm，濺射工作氣壓為2.0Pa，濺射功率為110W，濺射時間為5min；

步驟5，進行釩的退火熱處理，將經過步驟4處理得到的沉積金屬釩膜的基底在500℃ 且空氣氣氛環境下退火1小時即可。

氧化鎢與氧化釩都具有很好的氣敏性能，是優異的氣敏半導體材料。利用上述製備的氧化鎢/氧化釩納米線進行氣體實驗，實驗結果表明上述方法制的的氧化鎢/氧化釩異質結構的在室溫下對5ppm級別的NO₂氣體具有的回應靈敏度是單純氧化鎢納米線靈敏度的7-9倍，回應時間小於3s。

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