介孔結構氧化鎢氣敏感測器

氣敏感測器圖片

介孔材料屬於納米材料的一種,擁有納米量級的孔道結構。納米材料是尺度在 1~100nm 之間的固體材料,因其尺寸小,粒子表面或粒子間介面相對較大,而使其表面原子表現活躍,同時納米量級的材料尺寸,與電子波函數的相關長度相近,納米材料往往有不同於經典材料的特殊性能,表現出量子效應、表面效應、小尺寸效應等等,這些特殊的性質給予了納米材料在傳感、催化、藥物、醫學、陶瓷等等諸多領域有廣闊的發展前景。介孔材料作為納米材料的一種,擁有更加特殊的結構,結構繁多的介孔孔道和超大的比表面積,使其在包括催化、吸附、分離、氣敏等多個領域有更大的發揮優勢。

介孔氧化鎢氣敏感測器即以介孔結構的氧化鎢材料為敏感材料基的氣敏感測器,介孔結構的高比表面積和開孔結構提供了一個放大了的接觸介面,為實現更理想的氣敏性能提供了可能。目前以介孔結構材料作為敏感材料的氣敏感測器例如 ZnO,TiO2,SnO2等,已經開展了一定的研究,主要表現為薄膜,厚膜形式作為敏感層,以 SnO2為例,利用水熱分解的方法製備的多孔結構的材料與利用其他化學方法實現的材料相比,前者對 H2,CO 等有更好的氣敏響應。

此外有更具針對性的實驗研究,日本學者 Takeo Hydod 製備了具有有序結構的 SnO2分子篩,結構的平均孔徑為 4.4nm,比表面積達到了 374m2/g,得益於其巨大的表面積,感測器對 NO2的氣敏性能得到了極大的提升。而對於介孔氧化鎢基的氣敏感測器性能研究也開始了相關的探索,L.G.Teoh等用表面活性劑為有機範本,WCl6為氧化鎢前驅體,用溶膠凝膠法,將凝膠塗覆於預製有鉑電極的氧化鋁基地上成膜,然後高溫熱處理去除有機範本,得到蠕蟲狀孔道結構的氧化鎢薄膜,並以此為氣敏敏感層,測試了元件的氣敏性能,在 35oC~100oC 之間對 3ppm的 NO2進行測試,得到了極佳的靈敏性,實驗結果表明介孔結構氧化鎢在氣敏應用領域擁有巨大的應用潛能。