《基於二硫化鉬的新型NOx氣體感測器敏感特性與機理研究》是依託清華大學，由李嫻擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於二硫化鉬的新型NOx氣體感測器敏感特性與機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李嫻
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
二維材料二硫化鉬（MoS2）因具有比表面積大、半導體性優異、電子噪聲低等獨特性質，在氣體檢測領域表現出巨大套用潛力。納米結構氧化鋅（ZnO）材料具有優異的氣敏特性，一直以來都是無機敏感材料的首選。以NOx為主的大氣污染物引發一系列嚴重的大氣污染問題，嚴重威脅人類健康和生存，對生態環境也造成了巨大危害。本項目針對NOx氣體，以MoS2為基礎敏感材料，採用層層自組裝方法在場效應電晶體上製備MoS2/ZnO新型納米複合薄膜及器件。通過對納米ZnO的形狀、尺寸等參數進行調整控制的方式，以期實現對NOx的高靈敏度和快速檢測。同時，研究MoS2及表面修飾材料自組裝的生長動力學理論，探索表面增強效應的機理和對器件載流子輸運的影響，研究MoS2納米複合薄膜結構的感測效應，最終研製出低濃度檢測、高靈敏度和快速回響的新型NOx感測器。本項目的研究對於大氣空氣污染檢測提供了新思路，具有一定的理論意義和實用價值。
結題摘要
二維材料因具有比表面積大、電子噪聲低等獨特性質，在氣體檢測領域表現出巨大研究和套用潛力。本課題以二維材料二硫化鉬（Molybdenum disulfide，MoS2）作為主要敏感材料，從材料設計製備、薄膜工藝、器件結構設計製備和機理分析幾個角度展開MoS2基納米複合薄膜氣敏特性的研究。首先採用水熱方法製備了MoS2花狀結構，利用MoS2帶負電的性質，採用層層自組裝技術（Layer-by-layer Self-Assembly）製備了MoS2複合薄膜，分別研究了MoS2花狀結構和層狀結構（液相超聲法獲取）的結構特點、薄膜結構和氣敏特性，同時對比分析了兩種方法製備的MoS2對於MoS2納米複合薄膜氣敏性能的影響；其次採用偏鋅酸鈉溶液稀釋法製備了不同結構氧化鋅納米材料，結合旋塗工藝製備並研究了ZnO形狀結構和氧缺陷對於ZnO氣敏性能的調控機制，同時採用ZnO晶種輔助方法獲得了不同長度的一維ZnO納米線，採用噴塗工藝製備並研究了尺寸對於ZnO納米線氣敏性能的影響；基於MoS2和ZnO的氣敏性能研究結果，構建了二維材料納米複合材料體系，研究了納米複合材料相比與單一材料的氣敏增效效應，同時結合材料特性、薄膜製備工藝、薄膜微觀結構表征分析，運用氣體吸附理論、分子動力學理論和載流子輸運理論模型，對所建立的二維材料納米複合薄膜結構體系和特性進行了分析討論。此外，還研究了器件襯底和電極材料對納米材料氣敏性能的影響。取得結果如下：實現了MoS2/ZnO複合薄膜對低濃度NO2（ppb）的檢測、ZnO納米線對NOx氣體的高靈敏度檢測（10ppmNO2回響率達到350%，10ppmNO回響率達到180%）及二維材料納米複合薄膜對甲醛的室溫快速檢測（2ppm甲醛回響時間15s），同時構建了二維納米複合材料體系氣敏機理模型。本課題的研究成果可為基於二維材料氣體感測器的構建和套用提供一定參考。
