[發(fā)明專利]一種五氧化二鈮納米線的大面積制備方法及其氫敏元件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110026084.2
• 申請日: 2011-01-25
• 公開（公告）號: CN102180518A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧豪爽;王釗;胡永民;胡明哲;王威
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué)
• 主分類號: C01G33/00
• 分類號: C01G33/00;B82Y40/00;H01L49/00;G01N27/04
• 代理公司: 武漢金堂專利事務(wù)所 42212
• 代理人: 丁齊旭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種五氧化二鈮納米線的大面積制備方法(及其氫敏元件)，屬無機半導(dǎo)體納米材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氫氣是理想的可再生清潔能源，其低閃點引起的易燃易爆性，使氫氣傳感器在火警、氣體泄漏、燃燒控制等化工和安全領(lǐng)域顯得尤為重要。此外，在檢測細(xì)菌感染等醫(yī)療領(lǐng)域，氫氣傳感器也具有較高的應(yīng)用價值。金屬氧化物半導(dǎo)體(TiO₂、ZnO和SnO₂等)薄膜氫氣傳感器是目前研究最多的一類氫氣傳感器，利用敏感元件電阻值在含氫氣氛中的變化程度可對氫氣的濃度進(jìn)行檢測。但目前半導(dǎo)體薄膜型氫敏傳感器面臨操作溫度較高(＞200℃)的問題，使傳感器功耗大、檢測成本較高，極大的限制了其在上述領(lǐng)域的應(yīng)用。五氧化二鈮(Nb₂O₅)是一類重要的功能材料，其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)使其在包括電致變色器件、氣敏傳感器、催化劑和太陽能電池等一系列領(lǐng)域均展現(xiàn)出了極大地應(yīng)用價值。據(jù)報道，Nb₂O₅多孔薄膜材料作為敏感材料制備的半導(dǎo)體型氫氣傳感器在200℃以上的環(huán)境中表現(xiàn)出了極佳的氫氣敏感特性，但較高的操作溫度仍然是研究人員需要克服的問題。利用Nb₂O₅納米線低緯度、小尺寸和高比表面積所引起的相關(guān)物理化學(xué)性質(zhì)的變化，有望提高室溫下半導(dǎo)體型氫氣元件的氫敏性能，避免器件中復(fù)雜的加熱元件帶來的尺寸和功耗問題，有效降低生產(chǎn)和檢測成本。目前文獻(xiàn)報道的合成Nb₂O₅納米線的方法較少，主要包括水熱法^[1]、等離子體氧化法^[2]和熱氧化法^[3]。其中，水熱法制備Nb₂O₅納米線的產(chǎn)量較低、形貌不易控制，且重復(fù)性不高，不適用于大范圍快速合成Nb₂O₅納米線；而等離子體氧化法適用于大面積合成Nb₂O₅納米線，但其成本高昂，設(shè)備及工藝方法較為復(fù)雜；Varghese等人2008年發(fā)表的文獻(xiàn)報道了一種熱氧化法制備的Nb₂O₅納米線及其場發(fā)射特性，將剪裁成0.5mm長寬的Nb箔片置于直徑2.5mm的小管，放于真空管式爐中進(jìn)行熱氧化處理。盡管小管的使用可以穩(wěn)定氣流，卻限制了所制備樣品的尺寸而無法實現(xiàn)大面積Nb₂O₅納米線樣品的制備，這對基于Nb₂O₅納米線的各種氣敏傳感器、染料敏化太陽能電池和場發(fā)射等器件的生產(chǎn)是極為不利的。因此，研究一種能夠在有限體積的爐管中一次性大面積合成高長徑比Nb₂O₅納米線的方法，對于提高氫敏元件在室溫下的氫敏性能，降低器件尺寸和生產(chǎn)、檢測成本是非常有必要的。

[1]YAN?C，XUE?D?2008.Formation?of?Nb₂O₅?Nanotube?Arrays?Through?Phase?Transformation.Advanced?Materials[J]，20：1055-1058

[2]MOZETI?M，CCARON，CVELBAR?U，et?al.A?Method?for?the?Rapid?Synthesis?of?Large?Quantities?of?Metal?Oxide?Nanowires?at?Low?Temperatures[J].Advanced?Materials，2005，17(17)：2138-42

[3]VARGHESE?B，HAUR?S?C，LIM?C-T.Nb₂O₅?Nanowires?as?Efficient?Electron?Field?Emitters?[J].The?Journal?of?Physical?Chemistry?C，2008，112(27)：10008-12.

發(fā)明內(nèi)容