《表3 不同金属氧化物传感器对二甲苯的气敏性能Table 3 Summary on the gas sensing properties of MOS sensors for xylene》
从表3可以看出,大部分的高灵敏二甲苯传感器响应需要高温条件(不低于200℃)。结合分子热动力学和反应动力学的基本规律可知,温度越高,吸附速度越快,达到动态平衡的时间越短,因而响应/恢复时间越短。但高的工作温度不仅导致高能耗,而且会带来使用上的不便[41]。该问题已引起重视,最近已有关于工作温度相对较低(100~200℃)的二甲苯气敏传感器的报道。Cao等[42]报道了在150℃下工作的ZnO纳米颗粒基二甲苯传感器,其响应/恢复时间分别缩短至6s和12s。最近,Xu等[43]报道了一种Co3O4单晶多孔纳米片组装的花状结构,花状Co3O4在150℃下对100×10-6二甲苯表现出极高的响应(79.8),是商业Co3O4响应的4倍,结合其高选择性和低检测限,可说明这是一种有发展前景的二甲苯气敏材料。但低温下响应不稳定依然是单相纯氧化物气敏材料亟需解决的问题。Li等[44]选用Cr掺杂的棉球状Co3O4分级纳米结构制备了二甲苯气敏传感器,其最佳工作温度降低至139℃,适用于检测(1~20)×10-6低浓度气体。Zhang等[45]通过共沉淀法制备了介孔分级结构的Co3O4-TiO2,在工作温度为115℃时对5×10-6二甲苯的灵敏度为25.0。气敏增强机理如图3所示,(a) 表示Co3O4和TiO2颗粒的表面形成耗尽层及其在真空中的能带图,当粒子接触时形成Co3O4-Co3O4p-p同质结和Co3O4-TiO2p-n异质结(图3 (b)) ,电子从n型半导体TiO2转移到p型半导体Co3O4,同时这种电子迁移有助于增加Co3O4表面的吸附氧。此外,在Co3O4-TiO2异质结的界面处也会形成耗尽层,导致氧气与二甲苯更容易被吸附到异质结表面。现已有少量报道表明,利用贵金属对某些金属氧化物半导体进行掺杂,通过控制氧化物的形貌,可使器件工作温度降至室温。Sadullah等[46]报道了Pd掺杂的ZnO纳米棒样品,其在室温下对二甲苯的灵敏度是未掺杂纳米棒的2.32倍。
图表编号 | XD0010316100 严禁用于非法目的 |
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绘制时间 | 2018.07.10 |
作者 | 陈明鹏、张裕敏、张瑾、柳清菊 |
绘制单位 | 云南大学材料科学与工程学院云南省微纳材料与技术重点实验室、云南大学材料科学与工程学院云南省微纳材料与技术重点实验室、云南大学材料科学与工程学院云南省微纳材料与技术重点实验室、云南大学材料科学与工程学院云南省微纳材料与技术重点实验室 |
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