[發明專利]一種基于電極表面原位生長納米ZnO的NO2傳感器

有效

• 申請號: 201710188649.4
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN106970117B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 沈巖柏;陳享享;鐘祥熙;李停停;魏德洲;韓聰;崔寶玉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李娜;李馨

本發明涉及一種基于電極表面原位生長納米ZnO的NO₂傳感器，屬于一維半導體金屬氧化物材料的氣體傳感器技術領域。一種基于電極表面原位生長納米ZnO的NO₂傳感器，其特征在于：所述傳感器是通過在電極元件上原位生長ZnO納米線陣列所得，其中，所述ZnO納米線直徑為80～100nm，長度為600nm～1μm，ZnO納米線的晶體結構為六方相纖鋅礦晶體結構。本發明所述氣體傳感器在工作溫度250℃時獲得對NO₂氣體的最大靈敏度，響應和恢復時間短，可逆性和選擇性好，是具有良好發展前景的NO₂傳感器。

技術領域

本發明屬于一維半導體金屬氧化物材料的氣體傳感器技術領域，具體涉及一種基于電極表面原位生長ZnO納米線陣列的NO₂傳感器及其制備方法。

背景技術

二氧化氮(NO₂)是一種有毒有害氣體，主要來自于燃料燃燒、工業生產過程、城市汽車尾氣等。NO₂氣體會導致酸雨和光化學煙霧的形成，過量時會危害人類健康、導致地表植被破壞。因此對NO₂氣體進行有效和實時監測，不僅可以有效地避免潛在安全事故的發生，同時還為后續的NO₂氣體處理提供了可靠的前期保障。

近年來，基于不同氣敏材料和傳導平臺的氣體傳感器得到了飛速發展。常見的氣敏材料包括：半導體金屬氧化物、導電聚合物、高分子及其復合物、金屬氧化物/高分子復合材料、以及其他新型材料等。這些氣敏材料可以應用到不同的傳輸單元，如化學電阻式、表面聲波式(SAW)、石英晶體微天平式(QCM)、光學傳導式、場效應晶體管式等。在這些氣體傳感器中，基于半導體金屬氧化物材料的化學電阻式氣體傳感器由于具有低生產成本、高靈敏度、快響應/恢復速度、使用簡便等特點，得到了廣泛的應用。目前市售的NO₂傳感器采用的大多是SnO₂、ZnO或WO₃基的納米薄膜、納米顆粒以及微米球結構作為氣敏材料。相對于一維納米材料，基于上述微觀結構的氣敏材料結構具有比表面積小、表面活性低等不足，從而導致靈敏度較低和響應/恢復時間較長。因此，研究人員將更多關注放在納米管、納米線、納米棒等一維納米材料及由其組成的一維材料陣列的合成及其應用上，而具有納米線陣列的氣敏材料，由于具有結構單一、比表面積和表面活性高等特點，使它成為最有發展前景的氣敏材料之一。

ZnO是一種重要的寬禁帶半導體材料，室溫下其禁帶寬度為3.37eV。基于ZnO 納米線陣列的氣體傳感器對NO₂氣體有著優良的氣敏性能。目前制備ZnO納米線陣列的方法有：基于氣-液-固(VLS)機制的催化反應生長法、模板法、化學氣相沉積法、金屬有機氣相外延生長法、濕化學法以及化學溶液法等。這些方法通常是先在基板上合成ZnO納米線陣列，隨后在氣敏元件制備時將基板上的ZnO納米線陣列產物轉移到電極表面上，最后再進行相應的氣敏特性檢測。然而，該制備流程工藝不僅導致ZnO 納米線陣列產物的原始形貌發生破壞，而且也不能準確地反映ZnO納米線陣列產物的原始氣敏性能。

發明內容

針對目前制備ZnO納米線陣列復雜的工藝及其在氣敏特性方面存在的不足，本發明提供一種基于電極表面原位生長ZnO納米線陣列的NO₂傳感器及其制備方法，目的是通過熱分解法預先在電極表面形成ZnO種子層，再采用水熱法在電極表面制備出具有結晶好、長徑比高的ZnO納米線陣列，最后經熱處理及老化處理后直接將其組裝成靈敏度高、可逆性好、響應/恢復迅速、選擇性優良等優點的NO₂傳感器，以克服現有 NO₂傳感器存在的制備工藝復雜、響應/恢復較慢等不足。本發明制備所得NO₂傳感器，具有制備流程簡化、生產成本降低、適用于工業批量化生產等優點。

一種基于電極表面原位生長納米ZnO的NO₂傳感器，所述傳感器是通過在電極元件上原位生長ZnO納米線陣列所得，其中，