The invention discloses a gas sensing element based on tungsten oxide / titanium oxide core shell nanowire and its preparation method. The electrode is composed of an array consisting of tungsten oxide / titanium oxide core shell nanowire, and a platinum electrode is placed on the substrate, and a tungsten titanium composite layer is arranged between the platinum electrode and the array. In the technical scheme of the invention, the ultra-thin titanium oxide shell and quasi catalytically active on gas adsorption and reaction to tungsten oxide nanowires composite to construct a new one-dimensional ordered core-shell composite structure of gas sensitive materials, in order to achieve the gas sensing performance, due to the ultrathin structure of titanium oxide has significant catalytic activity on gas adsorption at the same time, two heterogeneous oxide heterogeneous composite junctions formed with nano heterojunction effect and synergistic effect in the structure, and ordered one-dimensional nano structure array can provide efficient channel for the diffusion of gas molecules, the vertical directional ordered array structure of gas sensor at room temperature ultrafast sensitive detection of nitrogen oxides. At the same time, the preparation conditions are easy to control and the process is simple.
【技术实现步骤摘要】
基于氧化钨/氧化钛核壳纳米线的气敏元件及其制备方法
本专利技术属于功能材料制备领域,更加具体地说,涉及基于氧化钨/氧化钛核壳纳米线的气敏元件及其制备方法。
技术介绍
进入21世纪,工业化水平快速发展,但人类赖以生存的自然环境与生态却遭到严重破坏,空气中存在着大量有毒有害气体(如NO2、NO、H2S、CO、SO2等等)。NOx类有毒气体,能够形成酸雨腐蚀建筑物和皮肤,也能产生化学烟雾,吸入引发咳嗽,更甚者造成呼吸道疾病。因此制作高效且准确检测和预防有毒有害气体的传感器刻不容缓。要获得高性能的纳米传感器,首先就要制备出可以提供这些高性能可能性的纳米材料。金属氧化物半导体型气敏传感器具有低成本,高灵敏度,易于控制与操作的优点,因而受到越来越广泛的关注,但目前研究较成熟的气敏材料金属氧化物半导体有ZnO、SnO2、TiO2等,但他们均不能用于高效检测NOx类气体。随着研究深入,1991年AkiyamaM等报道了WO3陶瓷在300度的环境下是检测NOx的高敏感材料。自此,引发众多科研工作者对WO3的研究。WO3是一种金属氧化物半导体,是一种表面电导(电阻)控制型气敏材料。WO3晶体表面的原子性质活跃,容易吸附气体分子,而当气体分子吸附在晶体表面时,会使其内部载流子浓度发生相应的变化,表现为传感器的电阻变化。鉴于氧化钨的活跃原子位于晶体表面因此极大的扩大晶体表面与气体的接触面积,能够有效的改善气敏性能。一维纳米线结构的氧化钨因其巨大的比表面积吸引了众多科研工作者的研究。经过近几年的研究已经可以通过水热法、气相法、溶胶-凝胶等制得。实验结果证明,一维纳米线结构的氧化钨确 ...
【技术保护点】
基于氧化钨/氧化钛核壳纳米线的气敏元件,其特征在于,由基底、铂电极、钨钛复合层和氧化钨/氧化钛核壳纳米线阵列组成,在基底上设置铂电极,在铂电极上设置钨钛复合层,在钨钛复合层上设置氧化钨/氧化钛核壳纳米线阵列,氧化钨/氧化钛核壳纳米线阵列由一维有序氧化钨/氧化钛核壳纳米线组成,一维有序氧化钨/氧化钛核壳纳米线,以氧化钨为核,以氧化钛为壳,在氧化钨的外围均匀地包裹氧化钒,氧化钨/氧化钛核壳纳米线长度为800—1000nm,氧化钨的直径为20‑30nm,氧化钛的厚度为10‑20nm,氧化钨和氧化钛形成了同轴核壳异质结构,由一维有序氧化钨/氧化钛核壳纳米线在基底上形成纳米线阵列,即氧化钨/氧化钛核壳纳米线基本垂直于基底表面进行设置,以形成纳米线阵列,宏观上表现为膜结构,氧化钨/氧化钛核壳纳米线长度基本与膜厚度一致。
【技术特征摘要】
1.基于氧化钨/氧化钛核壳纳米线的气敏元件,其特征在于,由基底、铂电极、钨钛复合层和氧化钨/氧化钛核壳纳米线阵列组成,在基底上设置铂电极,在铂电极上设置钨钛复合层,在钨钛复合层上设置氧化钨/氧化钛核壳纳米线阵列,氧化钨/氧化钛核壳纳米线阵列由一维有序氧化钨/氧化钛核壳纳米线组成,一维有序氧化钨/氧化钛核壳纳米线,以氧化钨为核,以氧化钛为壳,在氧化钨的外围均匀地包裹氧化钒,氧化钨/氧化钛核壳纳米线长度为800—1000nm,氧化钨的直径为20-30nm,氧化钛的厚度为10-20nm,氧化钨和氧化钛形成了同轴核壳异质结构,由一维有序氧化钨/氧化钛核壳纳米线在基底上形成纳米线阵列,即氧化钨/氧化钛核壳纳米线基本垂直于基底表面进行设置,以形成纳米线阵列,宏观上表现为膜结构,氧化钨/氧化钛核壳纳米线长度基本与膜厚度一致。2.根据权利要求1所述的基于氧化钨/氧化钛核壳纳米线的气敏元件,其特征在于,氧化钨/氧化钛核壳纳米线长度为850—1000nm,氧化钨的直径为25-30nm,氧化钛的厚度为10-18nm;钨钛复合层厚度为100—200nm,优选120—150nm。3.根据权利要求1所述的基于氧化钨/氧化钛核壳纳米线的气敏元件,其特征在于,铂电极为叉指形铂电极。4.基于氧化钨/氧化钛核壳纳米线的气敏元件的制备方法,其特征在于,按照下述步骤进行:步骤1,利用磁控溅射在基底上沉积金属铂,作为电极,以金属Pt作为靶材,以惰性气体为溅射气体,溅射过程中保持真空度小于4×10-4Pa,溅射工作气压1—2Pa,溅射功率为90—100W,惰性气体流量20—25sccm,溅射时间为1—3min;步骤2,利用DPS-Ⅲ型超高真空对向靶磁控溅射镀膜机在经过步骤1处理的沉积金属铂的基底上沉积钨薄膜材料层,以金属钨作为靶材,以惰性气体为溅射气体,溅射过程中保持真空度小于4×10-4Pa,溅射工作气压为1—2Pa,溅射功率为90-100W,惰性气体流量为40—45sccm,溅射时间为20—25min;步骤3,利用真空高温管式炉设备对步骤2制备的钨薄膜进行结晶生长氧化钨纳米线,先以惰性气体将设备中氧予以排尽,再通入氧气和惰性气体的混合气体作为环境气氛,在氧化钨纳米线生长过程中,控制氧气和惰性气体流量分别为0.2sccm和40-45sccm,控制炉内生长压力为180—200Pa,管式炉从室温20—25摄氏度升到620-660℃,升温速率1-3℃/min,在620-660℃保温2—4小时,然后自然冷却至室温,取出样品;步骤4,氧化钨...
【专利技术属性】
技术研发人员:秦玉香,张晓娟,王克行,张天一,刘雕,胡明,
申请(专利权)人:天津大学,
类型:发明
国别省市:天津,12
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