WO3納米線電子結構與氣體吸附性能研究.pdf

1、WO3是一種用途廣泛的寬禁帶半導體材料,在傳感器、場發(fā)射器件、發(fā)光器件等領域有良好的應用前景。特別地,一維 WO3納米線是一種性能優(yōu)良的氣敏材料,可用于高靈敏度氣體傳感器中實現(xiàn)對各種毒性危險性氣體的探測。本論文基于密度泛函理論的第一性原理計算的方法研究了 WO3納米線不同表面結構、生長方向及線直徑對電子結構的影響及WO3納米線的NO2氣體吸附性能。
　　WO3納米線的表面結構明顯影響納米線的電子能帶結構、帶隙和態(tài)密度。以氧單層封閉

2、的納米線,表面鈍化后其帶隙由于量子限域效應比體材料展寬了0.257 eV;以裸氧層封閉的WO3納米線由于O=O結構的存在使得費米面上存在很大的電子態(tài)密度,而以 WO2面封閉表面的WO3納米線則呈現(xiàn)出金屬性質。WO3納米線帶隙隨納米線直徑的減小而逐漸增大,表現(xiàn)出明顯的量子限域效應。生長方向的變化造成WO3納米線的電子重新排布。沿[001]方向生長的納米線帶隙受量子限域效應和晶胞中周期性氧氧長短鍵結構的共同影響,導致其帶隙變化并不完全符合量

3、子限域效應。
　　當 WO3納米線表面懸掛鍵被飽和后,納米線處于穩(wěn)定的狀態(tài),表面態(tài)密度低,NO2在其表面吸附后與納米線之間的電子轉移數(shù)目很小(0.04e),用于氣體傳感器難以獲得高的靈敏度。因此,要使WO3納米線接觸NO2氣體后具有高的靈敏度,必須保證納米線表面存在高密度表面態(tài)。當 WO3納米線吸附氧離子形成以裸氧層封閉的表面時,除 NO2分子本身對納米線電子的吸收作用外,NO2在 WO3納米線表面的吸附還導致了納米線中更多的電子