氧化铟基微/纳多孔阵列薄膜及其气敏性能应用基础研究

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氧化铟作为一种新的N型半导体材料,近年来多有研究,其优异的气敏性能主要表现在:化学性质活跃,对各种危害气体都有很好的响应;工作温度低,室温传感器多有报导;催化活性高,修饰掺杂后改变了原来的气敏性质。到目前为止,氧化铟纳米材料除了可检测二氧化氮、臭氧气体外,还可检测氯气、硫化氢、化学毒剂等有毒有害以及煤油、汽油、氢气等易燃易爆气体,所以对氧化铟的气敏研究具有很大的应用价值。然而,氧化铟传感器对目标气体的响应机制尚不明确,其选择性问题仍然是人们所面临的巨大挑战。本文针对氧化铟对目标气体的特异性检测问题,开展了基于二元胶体晶体模板法制备的氧化铟微/纳结构有序多孔薄膜器件及其气敏特性的研究,取得了如下的主要结果:  (1)氧化铟微/纳结构有序多孔薄膜对硫化氢的气敏特性及室温传感机制  基于气液界面自组装二元胶体晶体模板法原位构筑氧化铟微/纳多孔薄膜传感器,发现传感器在室温下对硫化氢具有超高响应,通过研究氧化铟基微/纳结构有序多孔薄膜传感器对硫化氢在不同工作温度不同环境湿度下的气敏特性,证明了湿度对硫化氢响应起到了至关重要的作用,我们提出了水解诱导的高灵敏的气敏传感机制,其中涉及到硫化氢水解促进的化学吸附氧的脱附以及氧化铟表面水膜的形成。解决了硫化氢与湿度相关的气敏机制问题,解释了硫化氢室温超高响应,并设计了具有超高灵敏的硫化氢传感器检测阵列,有望实现实际环境中对硫化氢的特异性检测。  (2)氧化铟薄膜表面修饰钯包覆碳纳米颗粒对氢气的气敏增强特性  借助简单的液相激光烧蚀法制备钯包覆碳纳米颗粒,并将其修饰到氧化铟有序多孔薄膜传感器表面以增强传感器的氢气气敏性能。系统的气敏测试证明了钯包覆碳纳米颗粒的修饰明显增强了氧化铟在各个工作温度对氢气的响应,这源于修饰物中钯的高催化活性和碳的吸附性能。总的来说,该修饰方法为制备高性能的电阻式气体传感器提供了可行的方案。  (3)氧化铟薄膜表面修饰钯包覆氧化铝对酒精气体的PN转换特性和特异性检测  使用液相激光烧蚀法制备了钯包覆氧化铝的复合纳米材料,并将其作为修饰物修饰到氧化铟有序多孔薄膜。修饰后的氧化铟传感器对酒精气体表现出依赖于工作温度和修饰量的PN转换气敏特性,在我们目前的测试气体中,这种反常的PN转换特性只针对酒精气体,有望实现对酒精气体的特异性检测。
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