【摘 要】
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气体传感器在我们的日常生活中扮演着重要的角色,其典型应用包括环境监测、有毒气体检测和工业过程等。在各种气体传感器中,基于金属氧化物半导体（MOS）的气体传感器因其高响应、低成本、环境友好和便携性而被广泛研究。目前气体传感器敏感层的制备工艺通常采用涂膜的方式来完成,多为厚膜型气体传感器。厚膜型传感器不仅普遍存在灵敏度低,响应速度慢,对于工作温度要求高等缺点,在应用上极大限制了气体传感器的使用范围;同
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气体传感器在我们的日常生活中扮演着重要的角色,其典型应用包括环境监测、有毒气体检测和工业过程等。在各种气体传感器中,基于金属氧化物半导体（MOS）的气体传感器因其高响应、低成本、环境友好和便携性而被广泛研究。目前气体传感器敏感层的制备工艺通常采用涂膜的方式来完成,多为厚膜型气体传感器。厚膜型传感器不仅普遍存在灵敏度低,响应速度慢,对于工作温度要求高等缺点,在应用上极大限制了气体传感器的使用范围;同时,由于厚膜型器件的传感过程复杂,往往存在多重因素协同作用,因此很难探究材料本身的传感机理。基于以上研究现状,我们将关注点转向构筑薄膜型以及单根纳米线微型气体传感器,通过构筑异质结、掺杂贵金属等方式对材料进行表面修饰,提高材料的传感性能,同时对敏感机理进行深入研究。论文主要研究内容如下:（1）利用原子层沉积（ALD）技术设计了具有周期性大孔结构的Ni O/In2O3异质薄膜,该薄膜在低温检测NO2方面具有巨大的潜力。这一策略可以有效地控制In2O3/Ni O杂化薄膜中的氧空位浓度和p-n异质结的形成,从而影响传感薄膜的表面化学和电学性能。优化后的In2O3/Ni O薄膜传感器在相对较低的工作温度（145 oC）下对10ppm的NO2响应高达532.2,比初始In2O3的响应高26倍。此外,该传感器还实现了6.9 ppb的超低检测限,超过了以往大多数MOS传感器的报告。（2）采用种子辅助水热法生长超长ZnO纳米线,并通过ALD和浸渍法在ZnO表面进行Pt粒子功能化修饰,构筑单根ZnO@Pt纳米线微型气体传感器。并通过控制变量法,探究Pt的沉积含量以及粒径对传感器气敏性能的影响。研究结果表明,通过ALD沉积适量Pt后的ZnO@Pt传感器对NO2的传感性能显著提高,最佳工作温度由310 oC（ZnO）降至210 oC,低检测限达到13.6 ppb,响应/恢复时间缩短至12.8 s/21.8 s。在确定最佳沉积含量的基础上,采用浸渍法,得到粒径不同,沉积含量相同的ZnO@Pt,探究Pt粒子粒径对气敏性能的影响,发现在相同实验条件下,当粒径为3 nm时,传感器具有最佳响应。
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