用于气体传感应用的纳米三氧化钨的制备方法

在过去的几十年里,空气质量监测和有毒气体排放已成为全球关注的问题。研究人员一直在尝试各种大规模的策略来寻找该领域有效的气体传感器及其合成方法。实用的气体传感器应检测混合气体中的特定气体并持续监测大气。根据不同的分类方法,气体传感器的类型很多。

硫化氢气体传感器图片

在各种材料中,半导体金属氧化物因其价格低廉和优异的性能,如耐化学性、耐久性和时间稳定性而备受关注。通常用于气体传感的 N 型半导体金属氧化物,如 SnO2、ZnO、TiO2、V2O4、In2O3 或 WO3,根据所采用的合成技术呈现不同的形态。具体而言,三氧化钨 (WO3) 已被认为是用于气体传感应用的有前途的材料。 WO3 的带隙为 2.6eV,可以根据生长方法调整为不同的纳米结构。 WO3的薄膜沉积技术和相应的沉积参数对薄膜气体传感器的气敏性能有显着影响。

WO3薄膜的FESEM图像

最近,报道了一种用于传感应用的纳米三氧化钨的合成方法。硫化氢 (H2S) 已被选为目标气体,因为它经常用于研究实验室和工业。纳米三氧化钨薄膜气体传感器的制作步骤如下:

首先,使用荫罩通过电子束蒸发器技术在氧化铝基板上沉积铂叉指电极,该基板在 700°C 下煅烧温度为 4 小时。分别用丙酮、甲醇和异丙醇醇对面积约为 1 × 1 cm2 的氧化铝基材进行超声处理和洗涤。然后,将基板放入水平石英管中,使用另一个荫罩在空气中蒸发和氧化。将热电偶放置在钨板附近以控制生长温度和成膜过程。钨板氧化后,使用烘箱将样品适度冷却至室温,以避免可能的热冲击并获得无裂纹的三氧化钨薄膜。然后,在 600∘C 下,将黑色薄层 WO3 沉积在基板表面上 2 小时。

总之,纳米三氧化钨已成功用于气体传感应用。结果表明,WO3薄膜的晶界更明显,团簇尺寸增加,随着生长温度的升高,结构逐渐转变为致密结构。结果表明,H2S 的最高灵敏度是在 100 °C 的工作温度下、在 600 °C 下退火并进行于 80 ppm H2S 中。此外,将 H2S 的浓度从 10 ppm 提高到 80 ppm 后,灵敏度显着提高。

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