氧化钨/氧化钒异质结纳米线阵列气敏材料

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，雾霾、酸雨、PM2.5等，这一切的罪魁祸首可归究于NOx类有毒气体，市场需求高效且准确检测和预防有毒有害气体的传感器。

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作为n型的半导体材料的金属氧化物，具有低成本，高灵敏度，易于控制与操作的优点已是国内外研究热点。

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。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。

提升三氧化钨的气敏性能可通过构造异质结构改性。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是一个极具潜力的方向。有学者采用一种氧化钨/氧化钒异质结纳米线阵列气敏材料来探测二氧化氮，其材料制备过程如下：

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。

氧化钨与氧化钒都具有很好的气敏性能，是优异的气敏半导体材料。利用上述制备的氧化钨/氧化钒纳米线进行气体实验，实验结果表明上述方法制的的氧化钨/氧化钒异质结构的在室温下对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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