[發明專利]鈷摻雜改性氮化銦傳感器檢測有毒氣體的仿真方法

有效

• 申請號: 202110479957.9
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113223642B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 董海波;李文君;盧卓;羅浩;孫偉虎;梁洪源;譚渝
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種鈷摻雜改性氮化銦傳感器檢測氣體污染物的仿真方法，該方法包括以下步驟：S1.篩選氣體污染物NH₃和H₂S，對氣體分子進行幾何優化；S2.對鈷金屬摻雜的氮化銦單分子層進行幾何優化，得出最穩定的摻雜結構；S3.對兩種氣體分子在鈷摻雜改性的氮化銦單分子層表面的吸附過程進行仿真；S4.通過仿真數據得出鈷摻雜改性的氮化銦單分子層吸附兩種氣體污染物的氣敏機理，確定改性后的傳感器響應。鈷摻雜可以大大提高氮化銦傳感器對NH₃和H₂S的氣敏性能。通過這種方法，可以對鈷摻雜改性的氮化銦傳感器的氣敏機理進行分析，并確定改性后的結構吸附氣體污染物的傳感器響應，為鈷摻雜的氮化銦傳感器檢測NH₃和H₂S氣體污染物提供理論基礎。

技術領域

本發明涉及一種氣體傳感器仿真方法，尤其涉及氮化銦傳感器檢測氣體污染物的仿真方法。

背景技術

硫酸鹽和氨是造成霧霾天氣的主要化學成分，有毒氣體氨氣(NH₃)?和硫化氫(H₂S)對人類的生存環境和健康造成的威脅日益嚴重。NH₃等氣體造成的大氣污染已經成為全球性問題。H₂S不僅是主要的環境污染物，還是SF₆的主要分解組分，通過檢測H₂S可以反映氣體絕緣組合電器的絕緣性能。吸附和檢測NH₃和H₂S兩種氣體對工業和環境工程具有重大的意義。

在現有技術中，常用氣體檢測管法、氣相色譜法和傳感器法來檢測氣體污染物。在眾多方法中，利用氣敏材料吸附氣體前后電阻率變化原理制成的電阻式傳感器具有體積小、靈敏度高和響應快等優點。氮化銦(InN)單分子層的熱穩定性好、帶隙較寬，其單層膜對氣體的吸附和傳感性能良好。過渡金屬的d軌道與氣體分子軌道重疊，摻雜過渡金屬的結構對氣體分子的氣敏響應會增強。InN單分子層是一種很有前途的傳感材料，目前，缺少鈷(Co)摻雜類石墨烯結構InN單分子層吸附和感應上述兩種氣體的準確方法。

發明內容

本發明鑒于背景技術的不足提出一種基于鈷摻雜改性的氮化銦單分子層吸附和感應氣體污染物NH₃和H₂S的方法，確定改性后的結構吸附氣體污染物的傳感器響應，提供鈷摻雜的氮化銦傳感器檢測上述兩種氣體污染物的傳感機理，加速新型傳感器在檢測NH₃和H₂S?氣體方面的發展。

一種鈷摻雜氮化銦單分子層吸附和感應NH₃和H₂S的仿真方法，包括以下步驟：

S1.篩選氣體污染物NH3和H2S，對氣體分子進行幾何優化；

S2.對鈷金屬摻雜的氮化銦單分子層進行幾何優化，得出最穩定的摻雜結構；

S3.對兩種氣體分子在鈷摻雜改性的氮化銦單分子層表面的吸附過程進行仿真；

S4.通過仿真數據得出鈷摻雜改性的氮化銦單分子層吸附兩種氣體污染物的氣敏機理，確定改性后的傳感器響應。

可選的，對鈷金屬摻雜的氮化銦單分子層進行幾何優化，包括：

切割表面，建立超晶胞，設置真空層以避免臨近單元的相互作用，運用Monkhorst–Pack方法對布里淵區的k點采樣，設置能量收斂精度，最大應力和最大位移；

可選的，對鈷金屬摻雜的氮化銦單分子層進行幾何優化之后，找出最穩定的摻雜結構，選取使|E_atom+E_InN-E_Co-InN|的值最大的摻雜方式。E_atom，E_InN和E_Co-InN分別表示鈷原子的能量，和摻雜鈷原子前氮化銦單分子層的能量，摻雜鈷原子后氮化銦單分子層的能量，能量的單位為eV；