《層狀前驅體法構築半導體異質結及其光激發氣敏性質》是依託北京化工大學，由郭影擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：層狀前驅體法構築半導體異質結及其光激發氣敏性質
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：郭影
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氣敏感測器的開發對保護環境極其重要,而獲得高性能的敏感材料是關鍵。本項目針對氧化物半導體氣敏材料普遍存在工作溫度較高的問題，擬利用雙金屬氫氧化物（LDHs）前驅體法製備光激發氣敏材料，實現可見光源代替熱源，從而降低工作溫度。根據半導體的禁頻寬度設計元素組成，經原位拓撲焙燒構築具有半導體異質結的複合金屬氧化物（LDO），並藉助可見光激發來實現光生電荷的有效分離，發展可見光回響的氣敏材料；採用模板法製備具有不同形貌的LDHs，進而製備LDO納米多級結構，提升氣敏性能；對LDO進行非金屬摻雜，調變異質結的禁頻寬度，擴展光譜吸收範圍，增強光回響能力；通過LDO表面沉積貴金屬、複合有機半導體等方式改變半導體異質結的電子結構，提高光激發氣敏效率；研究LDO複合材料的光激發氣敏機理，總結構效關係。通過本項目的實施，開發高性能的光激發氣敏材料，為有效利用太陽光，發展光激發氣敏技術提供理論及實驗基礎。
結題摘要
本課題主要基於水滑石前驅體開發和製備了多種氣敏材料，特別是光激發輔助降低氣敏材料工作溫度的研究。首先通過元素組成設計，已採用單源水滑石前驅體焙燒法製備了7種複合金屬氧化物材料。通過研究複合物內部的異質結相互作用，已歸納出材料組成對材料氣敏性質的影響規律及光激發刺激對材料氣敏性質的影響。結果表明光輻照的引入降低了特定氣敏感測器的工作溫度，為製備低溫工作的氣敏感測器提供了途徑。其次以陶瓷管原位生長了ZnNi及ZnIn兩種水滑石材料，以FTO玻璃為基底生長了ZnIn水滑石材料，並將以上水滑石材料為前驅體焙燒得到具有紡錘形貌及花瓣形貌的複合氧化物多級結構，已歸納出形貌對材料氣敏性能的影響及光照激發刺激對材料氣敏性質的影響。特別是ZnIn多級結構在接近室溫的工作溫度下，氣敏元件在光激發條件下對200 ppm三乙胺的回響值達到了80，已經超過傳統加熱型複合氧化物對同濃度三乙胺的回響值，實現了於接近室溫狀態對三乙胺的檢測。再次，以複合金屬氧化物材料的表面改性研究中選用有機表面活性劑插層的水滑石為前驅體，製備有非金屬碳摻雜的複合氧化物ZnO/In2O3，考察了材料摻雜非金屬後的氣敏性質。進一步拓展研究，製備了聚苯胺插層的水滑石材料，研究了不同金屬組成的水滑石對水蒸氣的敏感行為的影響，研究表明鋰離子型水滑石對濕度的敏感性最佳。另外，以水滑石為前驅體焙燒製備得到的CdO/Al2O3複合氧化物，比共混無機鹽的方法得到的複合氧化物具備更高的敏感性能。此外，也發現並製備得到了其他類型的濕敏材料，如CdS/PANI複合材料。除了氣濕敏套用材料的製備研究以外，我們進行了壓敏材料的拓展研究，已製備出柔性可穿戴的壓敏材料。本課題以第一作者或者通訊作者發表SCI論文8篇，申請專利4項。本課題以水滑石為前驅體得到的氧化物材料具有更好的元素分布性，通過元素的組合得到具有優異性能敏感材料，拓寬了水滑石材料的套用。另外光激發輔助的方法為開發新型室溫下可工作的感測器提供了新的途徑。
