《WO3外延薄膜的氣敏性能研究》是依託蘇州科技大學，由趙蒙擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：WO3外延薄膜的氣敏性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙蒙
- 依託單位：蘇州科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
WO3外延薄膜的晶相、外露晶面及縱向晶粒尺寸可精確控制，且具有比表面積大、熱穩定性好等優點，是極具潛力的氣敏材料。本項目擬針對WO3外延薄膜開展如下研究：（1）用雷射分子束外延在不同取向的LaAlO3、SrTiO3、Al2O3單晶襯底上製備具有特定晶相和晶面的WO3外延薄膜，結合結構表征、物性測量、第一性原理計算以及氣敏性能測試，研究晶相、外露晶面及膜厚等參數對氣敏性能的影響，（2）在WO3外延薄膜表面修飾NiO、SnO2、Pd等材料，探究p-n、n-n及金屬-氧化物異質結對氣敏性能的調控作用，（3）開展氣敏性能長期穩定性測試，利用結構表征手段，揭示薄膜微結構變化與感測器穩定性的關聯，探索提高穩定性的方法。本項目以WO3外延薄膜為研究對象，探究晶相、晶面及異質結對氣敏性能的調控作用，為氧化物氣敏材料的研究工作提供了新思路。此外，氣敏性能穩定性研究也可為開發實用的氧化物氣敏元件提供借鑑。
結題摘要
本項目以氧化物氣敏薄膜為核心，系統開展薄膜結構調控及氣敏性能研究，微納氣體感測器研製及穩定性研究，以及感測器測試系統開發等工作，主要研究成果有：（1）系統研究WO3薄膜結構參數對其氫敏性能影響，基於光、電回響的互補性開發出光電耦合氫氣感測器。（2）利用SCBD技術製備出兼具小晶粒尺寸和高疏鬆度的ZnO薄膜，其在室溫下對氫氣的回響時間小於1 s；提出紫外輔助氫敏機理模型，對氫敏性能的紫外抑制效應進行定性解釋。（3）系統研究ZnO薄膜在紫外照射下對氣態氧和溶解氧的回響行為，提出ZnO薄膜氧敏機理模型，實現溶解氧濃度的快速檢測。（4）利用脈衝雷射沉積實現WO3氣敏材料的大範圍結構調控；在不同氧化物單晶襯底上製備出WO3外延薄膜，發現襯底晶格常數對WO3外延薄膜氣敏性能的巨大調控作用。（5）採用第一性原理平面波超軟贗勢方法對單斜WO3的晶體結構、表面結構、表面能量及吸附構型開展理論計算，定性解釋了WO3外延薄膜對氫氣和二氧化氮回響行為的差異。（6）在氧化物異質結界面觀察到持久光電導效應，揭示了氧化物異質結界面處金屬區和近藤區光致電阻變化機制。（7）基於Si基微加工技術設計和製備出三種不同類型的鈀納米間隙型氫氣感測器，實現感測器性能的精確調控。（8）研製基於WO3和ZnO納米薄膜的微納氫氣感測器並開展器件穩定性研究，發現感測器性能漂移主要發生在老化測試初期，主要原因是Pd催化劑的形變。（9）基於真空技術設計並搭建用於高精度測試的準靜態自動化測試系統，以及用於批量VOC感測器檢測的靜態測試系統，目前已為多個課題組開展測試服務。上述結果發表在Sensors and Actuators B: Chemical, Applied Physics Letters等期刊。
