[發(fā)明專利]多孔硅基VO2 在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011185310.7 | 申請日： | 2020-10-30 |
| 公開（公告）號： | CN114441599A | 公開（公告）日： | 2022-05-06 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 梁繼然;張穎;吳文豪 | 申請（專利權(quán)）人： | 天津大學(xué) |
| 主分類號： | G01N27/00 | 分類號： | G01N27/00;B82Y30/00;B82Y15/00 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 300072*** | 國省代碼： | 天津;12 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 多孔 vo base sub | ||
本發(fā)明公開了一種多孔硅基VO2納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)氣敏傳感元件的制備方法，涉及氣敏傳感器技術(shù)領(lǐng)域，用于解決多孔硅對NO2氣體響應(yīng)靈敏度低的問題，所述制備方法包括以下步驟：清洗單晶硅片；利用電化學(xué)腐蝕法制備多孔硅；利用化學(xué)氣相輸運(yùn)沉積在多孔硅基底沉積VO2納米顆粒，形成多孔硅基VO2納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)氣敏傳感元件。通過巨大的比表面積和異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，多孔硅基VO2納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)氣敏傳感元件在室溫下對NO2氣體的靈敏度有較大的提高，同時有著良好的選擇性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種氣敏傳感元件的制備方法，尤其涉及多孔硅基VO2納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)氣敏傳感元件的制備方法。
背景技術(shù)
2020年5月18日，生態(tài)環(huán)境部公布了《(2019中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》。公報數(shù)據(jù)顯示，酸雨區(qū)面積約47.4萬平方千米，其中硝酸根是主要的陰離子之一，當(dāng)量濃度比例為9.7％。8月11日，生態(tài)環(huán)境部公布了《(中國移動源環(huán)境管理年報(2020)》，該年報主要介紹了2019年全國移動源環(huán)境管理情況。據(jù)年報統(tǒng)計，汽車是污染物排放總量的主要貢獻(xiàn)者，其排放的一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)、氮氧化物(NOx)和顆粒物(PM)超過90％。2019年全國機(jī)動車保有量達(dá)到3.48億輛，比2018年增長6.4％，全國機(jī)動車污染物排放總量為1603.8萬噸，其中氮氧化物(NOx)排放量為635.6萬噸，占總污染物排放量的39.63％。由此可見，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，NO2引起的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，是影響空氣質(zhì)量的主要污染物，也是形成酸雨的主要?dú)怏w；同時其可以引起水體富營養(yǎng)化，嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定；若不慎吸入人體內(nèi)，會損害呼吸系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)。因此，設(shè)計一種對NO2氣體具有高靈敏度，快速響應(yīng)的低功耗氣敏傳感器具有非常重要的意義。
多孔硅因其優(yōu)異的室溫探測性能，獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)、可調(diào)控的孔隙率以及高的表面活性，引起許多氣敏研究者的注意。然而對于多孔硅材料來說，傳感器響應(yīng)時間長、選擇性較差、靈敏度較低的缺點(diǎn)改進(jìn)是目前科研人員面臨的挑戰(zhàn)。目前，在多孔硅表面復(fù)合金屬氧化物氣敏材料，形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是提高多孔硅氣敏性能的重要方法。隨著對氣敏材料的深入研究，二氧化釩(VO2)作為一種新興的金屬氧化物氣敏材料，具有制備簡單，成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)在室溫探測NO2、CH4的特點(diǎn)，逐漸受到越來越多的重視和關(guān)注。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出多孔硅基VO2納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)氣敏傳感元件的制備方法，在該制備方法中，既提高了多孔硅對NO2氣體的靈敏度，又縮短了響應(yīng)時間。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：多孔硅基VO2納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)氣敏傳感元件的制備方法，包括如下步驟：
(1)硅基片的清洗
腐蝕前，對P型單晶硅片進(jìn)行清洗，清洗步驟如下：首先，濃硫酸和雙氧水混合液中浸泡20min；然后，將氫氟酸溶液與去離子水的混合溶液中浸泡20min；最后，分別在丙酮和乙醇進(jìn)行超聲清洗5min，并放入無水乙醇中備用；
(2)制備多孔硅
將步驟(1)清洗完畢的硅片通過雙槽電化學(xué)腐蝕法制備多孔硅，腐蝕液由氫氟酸和N，N-二甲基甲酰胺混合而成。腐蝕電流密度為100mA/cm2，腐蝕時間為8min。腐蝕過程中，硅片中面向陰極的拋光表面進(jìn)行電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，形成面積為16mm×4mm的長方形多孔硅層。
(3)制備多孔硅基VO2納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)
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