一维氧化钨氧化钒异质结纳米线阵列

进入21世纪，工业化水平快速发展，但人类赖以生存的自然环境与生态却遭到严重 破坏，空气中存在着大量有毒有害气体(如NO₂、NO、H₂S、CO、SO₂等等)。NOx类有毒气体，能够形成酸雨腐蚀建筑物和皮肤，也能产生化学烟雾，吸入引发咳嗽，更甚者造成呼吸道疾病。因此制作高效且准确检测和预防有毒有害气体的传感器刻不容缓。

金属氧化物半导体型气敏传感器具有低成本，高灵敏度，易于控制与操作的优点， 因而受到越来越广泛的关注， WO₃是一种金属氧化物半导体，是一种表面电导(电阻)控制型气敏材料。氧化钨晶体表面的原子性质活跃，容易吸附气体分子，而当气体分子吸附在晶体表面时，会使其内部载流子浓度发生相应的变化，表现为传感器的电阻变化。

氧化钨的活跃原子位于晶体表面因此极大的扩大晶体表面与气体的接触面积，能够有效的改善气敏性能。一维纳米线结构的氧化钨因其巨大的比表面积吸引了众多科研工作者的研究。研究证明，一维纳米线结构的氧化钨确实提高了检测气体的灵敏度，但依然需要通过气敏材料改性来提高气敏性能。 主要途径有掺杂贵金属Pt、Au、Pd或过渡金属氧化物，另外可通过构造异质结构改性。异质结结构，相对于掺杂贵金属，异质结结构的氧化钨材料成本较低，更容易推米。有学者就研究出了一种一维氧化钨氧化钒异质结纳米线阵列，其制备过程包括以下步骤：

步骤1，利用对靶磁控溅射在基底上沉积钨薄膜材料层，以金属钨作为靶材，以惰性气体为溅射气体，溅射工作气压为1—2.0Pa，溅射功率为80-110W，溅射时间为15-20min；

步骤2，在真空高温管式炉设备对步骤1制备的钨薄膜进行结晶生长氧化钨纳米线，环境气氛为氧气和氩气的混合气体，在氧化钨纳米线生长过程中，控制氧气和氩气流量 分别为0.1sccm和35-50sccm，控制炉内生长压力为140—160Pa，管式炉从室温20—25 摄氏度升到600-700℃，升温速率5℃/min，在600-700℃保温1—2小时，然后降温1 小时至300-400℃，最后自然冷却到室温20—25摄氏度；

步骤3，氧化钨纳米线的退火处理，将步骤2制备的氧化钨纳米线在300-500℃且空气气氛环境下退火1-2小时，以进一步稳定晶向；

步骤4，利用对靶磁控溅射经过步骤3制备处理的基底的氧化钨纳米线层上沉积钒膜，以金属钒作为靶材，以惰性气体作为溅射气体，惰性气体流量为30-50sccm，溅射工作气压为2.0Pa，溅射功率为80-110W，溅射时间为2-5min；

步骤5，进行钒的退火热处理，将经过步骤4处理得到的沉积金属钒膜的基底在 300-500℃且空气气氛环境下退火1—2小时即可。

上述方法制的的氧化钨-氧化钒异质结构具有很高的比表面积，能够充分发挥异质结的优异性，在室温下对5ppm级别的NO2气体具有的响应灵敏度是单纯氧化钨纳米线灵敏度的7-9倍，响应时间小于3s。

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