本发明专利技术公开了一种多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料的制备方法：首先采用单面抛光的p型单晶硅基片为硅基片衬底，超声清洗；再采用双槽电化学腐蚀法在清洗过的硅基片表面制备多孔硅层，腐蚀电解液由40%的氢氟酸与二甲基甲酰胺组成；再将高纯度钨粉置于水平管式炉中央，并将多孔硅置于管式炉出气口方向、距钨粉12~16cm处，真空条件下，通入氩氧混合气体，于950~1200℃，制得多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料。本发明专利技术的制备方法简单，工艺参数易于控制，成本低廉，具有重要的应用价值和研究意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于复合结构气敏材料的，尤其涉及。
技术介绍
随着科技水平和工业现代化的高速发展，人民生活水平日益提高，但不可避免地带来对生态环境的严重破坏。近年来，大气污染问题日益严重，大量有毒有害气体(如順3、NOx, H2S, SOx和CO等)在空气中的含量也不断上升，已逐渐对人类的健康和安全形成威胁。针对此类问题，人们利用现代传感技术开发各种气敏传感器，以及时准确地监控环境中的有毒有害气体。这为新型气敏材料开发和研究提供了广阔的应用前景和重要的发展意义。氧化钨气敏材料由于对N0X、NH3等气体灵敏度高、响应时间和恢复时间短、易于测量与控制、价格低廉等优点而被认为是最具应用前景和发展前途的气敏材料之一，成为科技人员新的关注与研究热点。然而氧化钨气敏传感器工作温度高(250°C左右)这一缺点为传感系统集成化、微小型化增加了复杂性和不稳定性，成为制备低功耗系统必须逾越的障碍。为此科技人员一直在致力于降低其工作温度的研究。与传统的氧化钨材料相比，氧化钨纳米线具有更大的比表面积，其在气敏传感器、电致发光、光致发光、电导电极及光催化等方面均具有广泛的应用前景。特别是在氧化物半导体气敏传感器应用领域，氧化钨纳米线除了具有大的比表面积外，还具有更大的表面活性和更强的吸附能力，加快了与气体的反应，从而大大提高了灵敏度并进一步降低了传感器的工作温度。同时，新型室温气敏材料多孔娃(Porous Silicon,PS)也引起科研人员的关注。多孔娃是在娃片表面通过腐蚀形成的具有大比表面积的多孔性疏松结构的一种材料，具有很高的化学活性，其电学性能对氨气具有敏感特性，是一种很有潜力的新型室温气敏材料。但是多孔硅气敏传感器存在灵敏度略低、反应速度慢、 恢复时间长等缺点。随着环保意识的增强，人们对气敏传感器提出了更高的要求，基于对国内外研究现状的分析、对所论及的新型传感器研究发展中关键问题的理解以及专利技术人已有的研究基础，本专利技术采用双槽电化学腐蚀法制备多孔硅层，利用气相沉积法制备氧化钨纳米线，将两种最具前途的气敏传感器材料复合在一起。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服单一气敏材料存在的缺点，提供一种以多孔硅为基底制备氧化钨纳米线复合结构气敏材料的方法，可以显著提高敏感材料的比表面积，并且利用两种半导体材料间发生电荷转移形成的异质结改变氧化钨纳米线的氧化还原电势，从而进一步提高对探测气体的响应。本专利技术通过如下技术方案予以实现。，具体有如下步骤(I)清洗硅基片衬底将p型单面抛光的硅基片衬底依次放入丙酮溶剂、无水乙醇、去离子水中分别超声清洗1(Γ20分钟，除去表面油污及有机物杂质；随后放入质量百分比为5%的氢氟酸水溶液中浸泡15 30分钟，除去表面的氧化层；再用去离子水冲洗净，备用；(2)制备多孔硅层采用双槽电化学腐蚀法在清洗过的硅基片抛光表面制备多孔硅层，所用腐蚀电解液由质量百分比为40%的氢氟酸与二甲基甲酰胺组成，其体积比为1:2，施加的腐蚀电流密度为50 80mA/cm2,腐蚀时间为5 15min ；(3)制备多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料将纯度为99. 99%钨粉盛于氧化铝瓷舟内，放置在水平管式炉恒温区中央；将步骤(2)制得的多孔硅放置在管式炉出气口方向距离氧化铝瓷舟12 16cm处；通入氩气清洗炉管后，抽真空至炉内真空度在IOPa以下；然后通入氩氧混合气体，所述氩气纯度为99. 999%，所述氧气的纯度为99. 999%，调节进气阀门使得炉内压强保持在5(Tl50Pa ;加热到反应温度95(T120(TC，恒温8(Tl20min后，关闭管式炉电源，在混合气体气氛下降至室温，在多孔硅表面气相沉积生长氧化钨纳米线，制得多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料。所述步骤(I)采用单晶硅基片作为衬底，其尺寸为2.(T2.4cmX0.8^).9Cm，电阻率为 O. 01 O. 015 Ω · Cm,厚度为 350 500 μ m。所述步骤(2)通入的氩氧混合 气体中氩气与氧气的比例为10 :1。所述步骤(2)采用的升温速率为30°C /min。所述步骤(2)制备的多孔硅平均孔径1 2μπι，厚度为5 50 μ m。所述步骤(2)制得的氧化钨纳米线直径为l(Tl00nm，长度为3 25 μ m ;氧化钨纳米线的生长不仅限于多孔硅基表面，并且也在多孔硅孔道内生长。本专利技术的有益效果为1、提供了一种制备高长径比、高密度、高纯净度、深入多孔硅孔道并与多孔硅结合良好的氧化钨纳米线的方法，形成的异质结复合结构具有巨大的比表面积和气体扩散通道，非常适用于作为气敏材料。2、制备方法简单，操作方便，工艺参数易于控制，成本低廉；制得的复合结构气敏材料具有重要的应用价值和研究意义。附图说明图1为用场发射扫描电镜观察到的实施例1中的多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料表面形貌图；图2为用场发射扫描电镜观察到的实施例1中的多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料断面形貌图；图3为用场发射扫描电镜观察到的实施例2中的多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料表面形貌图；图4为用场发射扫描电镜观察到的实施例3中的多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料表面形貌图；图5为用场发射扫描电镜观察到的实施例4中的多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料表面形貌图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术所用原料均采用市售化学纯试剂。实施例1( I)清洗硅基片衬底将电阻率为0.01 Ω · cm，厚度为400 μ m，(100)晶向的2寸p型单面抛光的单晶娃片，切割成尺寸为2. 4cmX0. 9cm的矩形娃基底,依次放入丙酮溶剂、无水乙醇、去离子水中分别超声清洗10分钟，除去表面油污及有机物杂质；随后放入质量百分比为5%的氢氟酸水溶液中浸泡15分钟，除去表面的氧化层；再用去离子水冲洗净，备用；(2)制备多孔硅层采用双槽电化学腐蚀法在清洗过的硅基片表面制备多孔硅层，所用腐蚀电解液由质量百分比为40%的氢氟酸与二甲基甲酰胺组成，体积比为1:2，施加的腐蚀电流密度为64mA/cm2,腐蚀时间为8min。(3)制备多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料将Ig纯度为99. 99%钨粉盛于氧化铝瓷舟内，放置在水平管式炉恒温区中心；将步骤(2)制得的多孔硅放置在管式炉出气口方向距离氧化铝瓷舟14cm处；通入氩气清洗炉管20min后抽真空至炉内真空在5Pa，通入质量纯度为99. 999%的氩气和质量纯度为99. 999%的氧气的混合气体，气体流量分别为5sCCm和O. 5sCCm，调节气体阀门使得炉内压强保持在57Pa ;以30°C /min的速度加热到反应温度1100°C，恒温95min后，在混合气体气氛下降至室温，制得多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料。所制得的多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料，表面和断面形貌的扫描电子显微镜分析结果分别如图1、图2所示。由图1可以看出多孔硅表面覆盖了粗细均匀、密度高、长径比大、相互交错的氧化钨纳米线，表面干净，无颗粒状形貌；图2显示氧化钨纳米线生长深入至多孔硅孔道；氧化钨纳米线与多孔硅形成了异质结纳米复合结构，比表面积很高且为气体扩散提高了大量的通道。实施例2本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(3)中将多孔硅基片放置在出气口方向距离本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料的制备方法，具体有如下步骤：（1）清洗硅基片衬底将p型单面抛光的硅基片衬底依次放入丙酮溶剂、无水乙醇、去离子水中分别超声清洗10~20分钟，除去表面油污及有机物杂质；随后放入质量百分比为5%的氢氟酸水溶液中浸泡15~30分钟，除去表面的氧化层；再用去离子水冲洗净，备用；（2）制备多孔硅层采用双槽电化学腐蚀法在清洗过的硅基片抛光表面制备多孔硅层，所用腐蚀电解液由质量百分比为40%的氢氟酸与二甲基甲酰胺组成，其体积比为1:2，施加的腐蚀电流密度为50~80mA/cm2，腐蚀时间为5~15min；（3）制备多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料将纯度为99.99%钨粉盛于氧化铝瓷舟内，放置在水平管式炉恒温区中央；将步骤（2）制得的多孔硅放置在管式炉出气口方向距离氧化铝瓷舟12~16cm处；通入氩气清洗炉管后，抽真空至炉内真空度在10Pa以下；然后通入氩氧混合气体，所述氩气纯度为99.999%，所述氧气的纯度为99.999%，调节进气阀门使得炉内压强保持在50~150Pa；加热到反应温度950~1200℃，恒温80~120min后，关闭管式炉电源，在混合气体气氛下降至室温，在多孔硅表面气相沉积生长氧化钨纳米线，制得多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料。...
【技术特征摘要】
1.一种多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料的制备方法，具体有如下步骤(1)清洗硅基片衬底将P型单面抛光的硅基片衬底依次放入丙酮溶剂、无水乙醇、去离子水中分别超声清洗1(Γ20分钟，除去表面油污及有机物杂质；随后放入质量百分比为5%的氢氟酸水溶液中浸泡15 30分钟，除去表面的氧化层；再用去离子水冲洗净，备用；(2)制备多孔硅层采用双槽电化学腐蚀法在清洗过的硅基片抛光表面制备多孔硅层，所用腐蚀电解液由质量百分比为40%的氢氟酸与二甲基甲酰胺组成，其体积比为1:2，施加的腐蚀电流密度为 50 80mA/cm2,腐蚀时间为5 15min ；(3)制备多孔硅基氧化钨纳米线复合结构气敏材料将纯度为99. 99%钨粉盛于氧化铝瓷舟内，放置在水平管式炉恒温区中央；将步骤(2) 制得的多孔硅放置在管式炉出气口方向距离氧化铝瓷舟12 16cm处；通入氩气清洗炉管后，抽真空至炉内真空度在IOPa以下；然后通入氩氧混合气体，所述氩气纯度为99. 999%， 所述氧气的纯度为99. 999%，调节进气阀门使得炉内压强保持在5(Tl50Pa ;加热到反应温度95(T120(TC，恒温8(Tl20min后，关闭管式炉电源，在混合气体...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡明，曾鹏，马双云，闫文君，李明达，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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