氧化鎢-氧化釩核殼異質(zhì)納米線陣列氣敏傳感器性能研究.pdf

1、二氧化氮(NO2)是一種常見(jiàn)的大氣污染物，對(duì)環(huán)境和人類健康具有重要的影響。它既是PM2.5污染氣體的元兇之一，也可造成光化學(xué)煙霧與酸雨等環(huán)境災(zāi)害。隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題成為人類社會(huì)所關(guān)心和面臨的主要問(wèn)題。因此發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)快速、可靠探測(cè)NO2氣體的氣敏傳感器對(duì)于人類健康與環(huán)境保護(hù)日趨重要。
　　本論文研究了一種高氣敏性能的氧化鎢/氧化釩(W18O49/V2O5)核殼異質(zhì)結(jié)氣敏傳感器，利用磁控濺射結(jié)合管式爐原位熱生長(zhǎng)，以創(chuàng)新的兩步工

2、藝成功實(shí)現(xiàn)了核殼納米線陣列的可控制備。首先，通過(guò)對(duì)濺射淀積的鎢膜在管式爐中高溫低氧低壓氣氛中進(jìn)行熱氧化，成功生長(zhǎng)準(zhǔn)定向的W18O49納米線。進(jìn)一步地，通過(guò)濺射淀積和空氣氣氛退火處理在W18O49納米線上形成V2O5殼層。利用X射線衍射分析(XRD)，掃描電子顯微鏡分析(SEM)，透射電子掃描分析(TEM)和光電子能譜分析(XPS)表征了制備的氧化鎢/氧化釩核殼異質(zhì)結(jié)納米線樣品的微觀形貌、晶相組成以及核殼結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，濺射釩殼層結(jié)構(gòu)后，

3、氧化鎢納米線的定向垂直性得到了明顯改善，其中氧化鎢核納米線為單晶結(jié)構(gòu)，釩殼層結(jié)構(gòu)為多晶結(jié)構(gòu)，形成的氧化釩殼層均勻包裹在氧化鎢納米線表面。
　　利用靜態(tài)氣敏測(cè)試系統(tǒng)評(píng)價(jià)了W18O49/V2O5核殼異質(zhì)結(jié)納米線陣列的氣體敏感性能，發(fā)現(xiàn):在W18O49納米線表面包覆納米級(jí)V2O5薄殼結(jié)構(gòu)可以顯著提高其氣敏性能，且核殼納米線的氣敏性能與V2O5殼層厚度和異質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān);形成的W18O49/V2O5核殼異質(zhì)結(jié)納米線可以在較低的工作溫度下檢測(cè)低

4、至1ppm的NO2氣體。鍍釩2min形成的8nm厚的的W18O49/V2O5核殼氣體傳感器(工作溫度25℃)對(duì)1～5ppmNO2氣體的靈敏度是W18O49納米線傳感器靈敏度(工作溫度100℃)的5～7倍。而且，W18O49/V2O5核殼異質(zhì)結(jié)納米線陣列傳感器的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間較準(zhǔn)定向的W18O49納米線傳感器明顯縮短，核殼異質(zhì)納米線陣列快速的響應(yīng)-恢復(fù)特性與其定向結(jié)構(gòu)利于氣體的快速擴(kuò)散有關(guān)。隨著殼厚度的增加，核殼納米線的氣敏響應(yīng)降低，但由于