掺金三氧化钨薄膜用于二氧化氮传感

高性能气体传感器因其在污染物检测、医学诊断、化学监测、食品加工等多种应用而受到越来越多的关注。 二氧化氮 (NO2) 是大气中主要污染物之一,会导致酸雨、臭氧层变薄和呼吸系统相关疾病。因此,需要开发一种高效的 NO2 传感器,用于环境监测和保护人类免受过度暴露。三氧化钨(WO3)由于其高灵敏度和稳定性,特别是对 NO2 气体的高灵敏度和稳定性,作为一种有前途的传感材料受到了相当多的关注。

 

WO3薄膜生产图片
 
据报道,通过使用电子束蒸发器在合成的原始 WO3 薄膜上装饰 Au 纳米颗粒,金 (AU) 已被掺杂到三氧化钨薄膜上。为了观察 Au 纳米粒子的影响,我们制造了基于原始 WO3 薄膜和具有不同 Au 含量的掺金(Au 掺入)WO3 薄膜的气体传感器。因此,基于三氧化钨薄膜的传感器已通过溶液法成功制备,该产品对 NO2 传感具有高灵敏度和良好的选择性。 WO3薄膜的制备过程如下:
 
WO3薄膜的SEM圖像
 
铂(Pt,150 nm 厚)和钛(Ti,30 nm 厚)叉指电极 (IDE) 之间的距离为 4 μm,使用光刻和电子束蒸发器在 SiO2/Si 衬底上图案化。 IDE 图案基板经超声波清洗后,将掩膜贴在基板上,在精密感应区沉积 WO3 薄膜。将 200 mg (NH4)2WS4 溶解在 1 ml N, N-二甲基甲酰胺 (DMF) 中,制备淡黄色钨溶液。将AuCl3加入到制备好的溶液中(以5、10和20mM的不同浓度确定Au含量的最佳量),用超声波浴均匀分散,形成Au掺入WO3薄膜中的均匀溶液。将制备 将溶液滴在掩膜的 Pt IDE 上后,通过旋涂机以 4000 rpms 的速度 60 s 制备均匀的薄膜,然后去除掩膜。在空气中干燥后,涂覆的基材在烘箱中在 500°C 下退火 6 小时。在退火过程中,AuCl3/(NH4)2WS4 溶液转变为掺金 WO3 薄膜。然后,获得了基于掺金WO3薄膜的气体传感器。
 
综上所述,基于掺金三氧化钨的传感器已通过溶液法制备,该产品对二氧化氮传感具有高灵敏度和良好的选择性。四硫钨酸铵[(NH4)2WS4] 和氯化金 (AuCl3) 的混合溶液通过旋涂和退火工艺转化为掺金WO3薄膜。与基于原始WO3薄膜的气体传感器相比,基于掺金WO3薄膜的气体传感器在暴露于NO2时表现出更高的灵敏度、选择性和响应时间,在150℃下的理论检测限为28ppt。高传感特性归因于 Au 纳米颗粒的多孔结构和催化作用。除了这些优异的 NO2 传感特性外,简单且经济高效的制造工艺扩展了 Au 掺杂 WO3 薄膜在实际和商业气体传感应用中的潜力。
 

 

 

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