【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及薄膜材料，具体涉及一种in2o3/2d-mos2异质结薄膜材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、世界经济的高速发展，工业生产和城市生活中产生了大量的nox气体排放，其中主要来源于化工行业中产生的废气排放和城市生活中机动车辆排放出的尾气。当环境中nox浓度超过人体极限值会导致癌症、哮喘、肺炎、支气管炎等一系列呼吸道疾病，空气中no2浓度过高会倾向于产生酸雨。因此考虑到nox气体的毒性和危险性，迫切需要一种精确地检测手段探测环境中的有害气体浓度。
2、传统检测nox的方法有化学发光法、色谱法、红外法等，这些检测方法在灵敏度、检测极限方面具有优势，但其工作装置复杂、性价比低，不利于实际环境下实时现场检测。相对而言，化学传感器大部分可以满足环境所需的简便、快速、现场监测等要求。根据气敏机理的不同，化学传感器主要分为表面声波化学传感器、光纤化学传感器、电化学传感器和半导体化学传感器。其中半导体化学传感器以其合成工艺简单、性价比高，操作便捷等优点受到广泛关注。
3、现阶段半导体气体传感器材料以金属氧化物半导体，有机半导体及石墨烯等二维材料的研究为主。有机半导体材料传感器容易受到工作温度电压的影响；石墨烯导电性较好，但有灵敏度较低，稳定性差，使用寿命短等缺点；金属氧化物半导体材料因具有高灵敏度，较好的选择性及良好的稳定性等优点，但需要较高的测试温度，能耗大。因此，探索研究新型高灵敏度、优异选择性、快速响应和恢复以及低功耗的nox基气体传感器的重点开始倾向于调控敏感材料本身的性能上。
4、二硫
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种in2o3/2d-mos2异质结薄膜材料及其制备方法和应用，以解决现有在没有外加光照或温度的情况下，纯2d-mos2面临着需要提高灵敏度、室温下加快响应/恢复动力学的问题。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种in2o3/2d-mos2异质结薄膜材料，其制备方法包括以下步骤：
3、采用磁控溅射法在2d-mos2表面制备in2o3薄膜形成异质结薄膜材料；其中，磁控溅射时，气流为15-25sccm，气压为1-2pa、功率为10-20w，溅射时间25-35s。
4、本专利技术的有益效果为：二硫化钼mos2由于其可调带隙、弱范德华力附着的s-mo-s层以及与吸附气体分子的高相互作用能力，表现出了良好的二氧化氮检测性能。但是二维二硫化钼(2d-mos2)作为气敏材料在检测二氧化氮气体时，响应/恢复时间较慢，有时需要加热或者光照来缩短响应/恢复时间。本专利技术通过磁控溅射法在2d-mos2表面制备in2o3薄膜形成p-n型异质结构。in2o3为一种n型半导体，具有宽带隙(3.55-3.76ev)和优异的热稳定性，但是利用该材料检测气体时，需要高的工作温度，并且只检测相对高浓度的气体(ppm水平)。将二维二硫化钼(2d-mos2)与in2o3形成p-n异质结构，异质界面的形成为气体提供更多的活性位点，能促进气体扩散和更快的电子转移。此外，两者界面处形成的p-n异质结构会产生内部电场，气体分子捕获来自n型材料的电子并降低其电子其电子浓度，多余的空穴回到p型材料表面，这一吸附过程极大地降低了势垒，提高了异质结构的电导率，加速电子转移，进而提高了气敏传感器的灵敏度和响应恢复速度。
5、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
6、进一步，磁控溅射时，气流为20sccm，气压为1.5pa、功率为15w，溅射时间30s。
7、采用上述进一步技术方案的有益效果为：p-n异质结构是由两种材料即2d-mos2和in2o3组成的，2d-mos2是p型材料，对电子缺乏，而in2o3是n型材料，可以提供多余的电子。当这两种材料接触时，将形成p-n异质结构。磁控溅射是一种将材料沉积在衬底上的技术，通过使用磁场，可以将电子和离子分离并控制它们的运动。磁控溅射可以通过衬底和靶材的选择以及其处理条件，来控制沉积的材料的属性。通过调整这些参数，可以控制异质结薄膜厚度、界面结构、界面质量、表面形貌、均匀性和结晶性多个维度。当磁控溅射时，将参数优化为：气流为20sccm，气压为1.5pa、功率为15w，溅射时间30s，可显著提高对nox气体的灵敏度和响应/恢复性能。
8、进一步，2d-mos2通过以下方法制得：在催化剂条件下，采用化学沉积法在mo薄膜表面进行硫化，制得2d-mos2。
9、进一步，向放置有载有mo薄膜的载体、硫粉、催化剂的容器中通入载气，在650-800℃条件下进行沉积反应，反应时间为10-30min。优选反应温度为700℃，反应时间为30min。
10、进一步，催化剂和硫粉的质量比为0.5-1:1-3；优选催化剂为氯化钠；催化剂和硫粉质量比为1:2。
11、进一步，载气为氩气和氢气的混合物，氩气和氢气流量分别为15-25sccm，2-8sccm；优选氩气流量为20sccm，氢气流量为5sccm。
12、一种气敏传感器，包括上述制得的in2o3/2d-mos2异质结薄膜材料。
13、上述制得的in2o3/2d-mos2异质结薄膜材料或上述气敏传感器在检测nox气体中的应用。
14、上述nox气体为no2。
15、本专利技术具有以下有益效果：
16、本专利技术通过磁溅射与化学相沉积相结合的方法设计、构筑并制备了大面积连续的in2o3/2d-mos2异质结新材料。2d-mos2和in2o3组成p-n异质结构，该异质结构界面特性可以提高气敏性能，其主要是异质结构内部电场、电子迁移和异质界面协同效应的结果。
17、本专利技术通过对异质结薄膜厚度、界面结构、界面质量、表面形貌、均匀性和结晶性多个维度进行调控优化，达到了在室温条件下，并且不需要紫外光照便可对nox基气体的高灵敏、快速响应的目的。
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1.一种In2O3/2D-MoS2异质结薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用磁控溅射法在2D-MoS2表面制备In2O3薄膜形成异质结薄膜材料；其中，磁控溅射时，气流为15-25sccm，气压为1-2Pa、功率为10-20W，溅射时间25-35s。
2.根据权利要求1所述的In2O3/2D-MoS2异质结薄膜材料的制备方法，其特征在于，磁控溅射时，气流为20sccm，气压为1.5Pa、功率为15W，溅射时间30s。
3.根据权利要求1所述的In2O3/2D-MoS2异质结薄膜材料的制备方法，其特征在于，2D-MoS2通过以下方法制得：在催化剂条件下，采用化学沉积法在Mo薄膜表面进行硫化，制得2D-MoS2。
4.根据权利要求3所述的In2O3/2D-MoS2异质结薄膜材料的制备方法，其特征在于，向放置有载有Mo薄膜的载体、硫粉、催化剂的容器中通入载气，在650-800℃条件下进行沉积反应，反应时间为10-30min。
5.根据权利要求4所述的In2O3/2D-MoS2异质结薄膜材料的制备方法，其特征在于，催化剂和硫粉的
6.根据权利要求4所述的In2O3/2D-MoS2异质结薄膜材料的制备方法，其特征在于，载气为氩气和氢气的混合物，氩气和氢气流量分别为15-25sccm，2-8sccm。
7.采用权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的In2O3/2D-MoS2异质结薄膜材料。
8.一种气敏传感器，其特征在于，包括权利要求7所述的In2O3/2D-MoS2异质结薄膜材料。
9.权利要求7所述的In2O3/2D-MoS2异质结薄膜材料或权利要求8所述的气敏传感器在检测NOx气体中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，NOx气体为NO2。
...【技术特征摘要】
1.一种in2o3/2d-mos2异质结薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用磁控溅射法在2d-mos2表面制备in2o3薄膜形成异质结薄膜材料；其中，磁控溅射时，气流为15-25sccm，气压为1-2pa、功率为10-20w，溅射时间25-35s。
2.根据权利要求1所述的in2o3/2d-mos2异质结薄膜材料的制备方法，其特征在于，磁控溅射时，气流为20sccm，气压为1.5pa、功率为15w，溅射时间30s。
3.根据权利要求1所述的in2o3/2d-mos2异质结薄膜材料的制备方法，其特征在于，2d-mos2通过以下方法制得：在催化剂条件下，采用化学沉积法在mo薄膜表面进行硫化，制得2d-mos2。
4.根据权利要求3所述的in2o3/2d-mos2异质结薄膜材料的制备方法，其特征在于，向放置有载有mo薄膜的载体、硫粉、催化剂的容器中通入载气，在650-...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，谢明玲，王向谦，员朝鑫，强进，
申请(专利权)人：甘肃省科学院传感技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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