氧化钨/氧化钒异质结纳米气敏材料

随着工业化水平快速发展，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无时无刻就在影响着我们，近些年，空气净化器成为了抢手的市场增长。高性能的空气净化器需要拥有自动检测功能，高效且准确检测和预防有毒有害气体的传感器必不可少。 要获得高性能的纳米传感器，首先就要制备出可以提供这些高性能可能性的纳米材料。

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。WO₃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。鉴于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，可用于室内环境检测仪，空气净化器组件，危险气体报警装置等。

经过近几年的研究，科学家发现一维纳米线结构的氧化钨能大幅提高检测气体的灵敏度，但这依然不能达到市场化与集成化应用的要求。为了得到高选择性、高灵敏度、低工作温度，高稳定性的气敏传感器，目前主要通过气敏材料改性来提高气敏性能。

在纳米气敏材料改性方面，主要途径有掺杂贵金属Pt、Au、Pd或过渡金属氧化物，但勿需多言，成本太高难以普及，于是通过构造异质结构改性成为更容易的作法。异质结结构目前主要应用于半导体激光器，发光器件，太阳电 池等科学领域。将异质结应用于气敏领域形成异质结材料是改善气敏性能另一个极具潜力的方向。

有学者提供一种氧化钨/氧化钒异质结纳米线阵列及其制备方法，通过气相方法制备出形貌良好的氧化钨/氧化钒异质结纳米线阵列结构材料，其通过下述技术方案予以实现：

一种氧化钨/氧化钒异质结纳米线阵列及其制备方法，按照下述步骤进行制备：

步骤1，利用对靶磁控溅射在基底单面抛光硅片上沉积钨薄膜材料层，以金属钨作为靶材，以氩气为溅射气体，溅射工作气压为2.0Pa，溅射功率为80W，溅射时间为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35sccm，控制炉内生长压力为140Pa，管式炉从室温25摄氏度升到 700℃，升温速率5℃/min，在700℃保温1小时，然后降温1小时至400℃，最后自然冷 却到室温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500℃且空气气氛环境下退火1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，以氩气作为溅射气体，惰性气体流量为50sccm，溅射工作气压为2.0Pa，溅射功率为110W，溅射时间为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500℃ 且空气气氛环境下退火1小时即可。

对氧化钨/氧化钒异质结纳米线阵列进行检测，氧化钨/氧化钒异质结纳米线长度为300—800nm，氧化钨纳米线的直径为10-20nm，氧化钨纳米线的外围均匀地包裹氧化钒，形成了同轴核壳异质结构，这种结构是最优异的异质结构形式，对比混合分散型与叠层型结构，同轴核壳异质结具有最大的有效异质结面积，对发挥异质结优异性具有重要作用，将这一材料应用于降低气敏传感器 的工作温度、提高传感器的灵敏度与响应速度方面有很大的研究空间。

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