《碳化矽納米線表面功能化改性及其氣敏感測器的研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由李公義擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：碳化矽納米線表面功能化改性及其氣敏感測器的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李公義
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
SiC晶體是第三代寬頻隙半導體材料，具有耐高溫、抗氧化、抗輻射等優異的理化性能；SiC氣敏感測器的發展需要實現新的技術突破。另一方面，SiC納米線是SiC晶體極端各向異性生長的產物，兼有一維納米材料和SiC晶體兩方面的優勢；拓展SiC納米線在新領域的套用是其重要發展方向。.本項目結合SiC納米線和SiC氣敏感測器兩方面的發展趨勢，提出採用SiC納米線來製備氣敏感測器的思路（未見相關報導）：擬在成功製備超長SiC納米線的前期研究基礎上，在納米線表面依次進行絕緣層製備和Pd、Pt等催化劑納米粒子修飾，並進一步組裝為場效應電晶體型氣敏感測器；通過研究感測器的氣敏性能，揭示SiC納米線感測器的氣敏回響機理以及納米效應對其氣敏性的影響。本項目的實施對於探索納米材料的性能變化規律具有重要的科學意義，對其它納米器件的研製具有借鑑意義，研究成果將在燃燒工程、環境檢測、空天探測、軍事裝備等領域獲得重要套用。
結題摘要
以納米材料作為感測單元獲得高靈敏度、高選擇性、快速回響的新型高性能氣敏感測器是納米材料的一個重要的研究和套用熱點。碳化矽（SiC）納米線作為一種寬頻隙半導體材料，既具有SiC材料本身所具備的如耐高溫、耐腐蝕等優異性能，同時作為一維納米材料而擁有了新的特性，尤其在高溫苛刻環境的濕度檢測中具備優勢。 本課題在SiC納米線製備研究的基礎上，對SiC納米線的濕敏感測特性和機理進行了深入研究，得到了包括SiC納米線濕敏感測器、感測特性、感測機理和直立生長於SiC微球表面的多層石墨烯在內的研究成果。 SiC納米線濕敏感測器是一種高靈敏度快速回響濕敏感測器。該濕敏感測器的電阻隨著環境濕度的增高而線性增高，通過濕度可調濕敏測試系統測得其在相對濕度為30%、41%、43%、53%和65%的測試環境中的靈敏度分別為13.3%、22.02%、25.64%、34.86%和47.43%。其最快回響和恢復時間分別為0.8秒和5.6秒。由SiC納米線場效應管的研究確定碳化矽納米紙是一種p型半導體。SiC納米線表面化學結構為以氧化矽為主的SiCNO網路狀無定形薄層結構。以上述兩點為基礎，結合對於氧化矽表面水分子的吸附研究，認為SiC納米線的濕敏感測機理為水分子吸附在表面，與Si-OH生成網路狀的氫鍵結構，導致水分子中的電子向SiC納米線移動，減低了碳化矽納米紙中的p型載流子濃度，使得SiC納米線出現電阻上升。SiC濕敏感測器是一種高靈敏度快速回響的濕敏感測器，其製備工藝簡單，在苛刻環境下具有潛在套用價值。 對SiC納米線生長機理的研究發現了在矽片、石墨片表面低分子量聚矽烷的裂解產物為直立生長於碳化矽多晶微球表面的沙漠玫瑰石形石墨烯（DRG）。DRG由實心碳化矽多晶微球和微球表面的沙漠玫瑰石形石墨烯兩部分構成。大部分石墨烯直立生長於碳化矽微球的表面，其平均長度約為100 nm。碳化矽多晶微球平均直徑約為0.9 μm，為實心結構，含有石墨微晶、β-SiC微晶（微晶平均尺寸約為3 nm）和無定形物質，其中β-SiC微晶主要位於球體內部，而石墨微晶則集中在靠近球體表面的部位。製備DRG所使用的陶瓷先驅體裂解法是一種全新的製備直立生長石墨烯的方法，其科學意義重大，結構獨特的DRG可在新能源材料、高性能催化劑等領域獲得廣泛套用。
