介孔结构氧化钨气敏传感器

气敏传感器图片

介孔材料属于纳米材料的一种,拥有纳米量级的孔道结构。纳米材料是尺度在 1~100nm 之间的固体材料,因其尺寸小,粒子表面或粒子间界面相对较大,而使其表面原子表现活跃,同时纳米量级的材料尺寸,与电子波函数的相关长度相近,纳米材料往往有不同于经典材料的特殊性能,表现出量子效应、表面效应、小尺寸效应等等,这些特殊的性质给予了纳米材料在传感、催化、药物、医学、陶瓷等等诸多领域有广阔的发展前景。介孔材料作为纳米材料的一种,拥有更加特殊的结构,结构繁多的介孔孔道和超大的比表面积,使其在包括催化、吸附、分离、气敏等多个领域有更大的发挥优势。

介孔氧化钨气敏传感器即以介孔结构的氧化钨材料为敏感材料基的气敏传感器,介孔结构的高比表面积和开孔结构提供了一个放大了的接触界面,为实现更理想的气敏性能提供了可能。目前以介孔结构材料作为敏感材料的气敏传感器例如 ZnO,TiO2,SnO2等,已经开展了一定的研究,主要表现为薄膜,厚膜形式作为敏感层,以 SnO2为例,利用水热分解的方法制备的多孔结构的材料与利用其他化学方法实现的材料相比,前者对 H2,CO 等有更好的气敏响应。

此外有更具针对性的实验研究,日本学者 Takeo Hydod 制备了具有有序结构的 SnO2分子筛,结构的平均孔径为 4.4nm,比表面积达到了 374m2/g,得益于其巨大的表面积,传感器对 NO2的气敏性能得到了极大的提升。而对于介孔氧化钨基的气敏传感器性能研究也开始了相关的探索,L.G.Teoh等用表面活性剂为有机模板,WCl6为氧化钨前驱体,用溶胶凝胶法,将凝胶涂覆于预制有铂电极的氧化铝基地上成膜,然后高温热处理去除有机模板,得到蠕虫状孔道结构的氧化钨薄膜,并以此为气敏敏感层,测试了元件的气敏性能,在 35oC~100oC 之间对 3ppm的 NO2进行测试,得到了极佳的灵敏性,实验结果表明介孔结构氧化钨在气敏应用领域拥有巨大的应用潜能。