仿珊瑚結構半導體納米材料的組裝及其氣敏特性研究

《仿珊瑚結構半導體納米材料的組裝及其氣敏特性研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由劉金雲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：仿珊瑚結構半導體納米材料的組裝及其氣敏特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉金雲
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

通過將納米材料組裝成特定結構，解決納米材料在套用中難以有效發揮獨特性能這一難題，一直是納米材料研究領域的重要課題。納米顆粒因其尺寸結構，在納米尺寸效應和表面界面效應方面有獨特優勢，然而其套用通常是鋪展成膜，極易堆積團聚，使深層顆粒難以起效，嚴重阻礙納米顆粒走向套用。針對此關鍵問題，我們以氣敏性SnO2半導體納米顆粒這一依賴表面接觸反應起效的代表性材料為研究對象，從結構仿生與納米材料組裝的基本原理和方法出發，原創性地提出將納米顆粒組裝成仿珊瑚結構，使顆粒站立起來，避免堆積團聚，實現各個顆粒的有效利用。本項目緊密融合仿生學和納米材料學，探索新型仿生結構納米材料的組裝原理和方法，揭示仿生結構對納米材料套用性能的影響機制，預期成果將為解決納米顆粒易堆積團聚導致深層顆粒利用率低這一普遍性問題開創出一條新路，為推動納米顆粒在化學生物感測器、催化劑、太陽能電池等方面的套用奠定理論基礎和提供方法支持。

結題摘要

納米顆粒獨特的吸附性能和表面反應活性對於發展多種納米電子器件具有重要價值，然而因其小尺寸結構，納米顆粒易堆積團聚，嚴重阻礙深層顆粒與外界的接觸與反應，從而大大降低納米顆粒的有效利用率。本項目以納米顆粒氣體感測器為研究對象，通過對仿生結構的思考，設計了一種仿珊瑚結構的SnO2半導體納米顆粒組裝體，基於此構築感測器對多種揮發性和有毒有害氣體進行檢測，發現該新穎仿生結構可以有效提高納米顆粒的利用率，大幅提高感測器的敏感性能。通過對敏感反應的動力學過程研究發現，其吸脫附速率比傳統納米結構明顯提高，利於感測器的快速回響和恢復。此外，進一步對其進行表面修飾，還可以針對性地提高感測器的靈敏度、選擇性、長期穩定性。本項目的研究結果對於傳統納米結構材料在套用過程中起效率低的普遍性問題提供了一種新的解決方法，並極有希望拓展到其它相關的納米材料研究領域。