納米分級結(jié)構(gòu)MoS2基復(fù)合氣敏元件的直接構(gòu)筑及其性能研究.pdf

1、二硫化鉬(MoS2)等二維半導(dǎo)體材料是目前氣敏材料的研究熱點之一。MoS2由于其特殊的二維結(jié)構(gòu)而具有較大的比表面積，同時其表面存在著眾多缺陷，使得MoS2具有很好的氣敏性能。但同時較高的工作溫度和較窄的氣體濃度測試范圍，限制了MoS2在氣敏傳感器中的發(fā)展。通過對MoS2進(jìn)行表面改性，即在其表面復(fù)合貴金屬和金屬氧化物，構(gòu)筑Schottky接觸和n-n異質(zhì)結(jié)，來提升其氣敏性能。目前，由于MoS2特殊的二維結(jié)構(gòu)特性，科研人員多將目光集中在對層

2、狀MoS2氣敏傳感器的制備和性能研究，而較少有人通過化學(xué)方法來制備具有特殊形貌的分級結(jié)構(gòu)MoS2氣敏材料。此外，為了克服由于手工涂覆而造成的氣敏材料在陶瓷管表面分布不均、粘結(jié)性較差的缺點，通過簡單的水熱法，實現(xiàn)分級納米結(jié)構(gòu)MoS2氣敏材料在陶瓷管表面的均勻直接生長，這樣既可以保持材料微觀結(jié)構(gòu)，又可以從根本上克服手工涂覆氣敏材料易脫落的缺點。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴為了得到具有規(guī)則形貌的分級結(jié)構(gòu)MoS2納米材料，我們采用了簡單的

3、水熱法，并通過使用不同的原料來制備MoS2。最終發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以硫脲為硫源，鉬酸鈉為鉬源，添加檸檬酸時可以得到具有形貌規(guī)則的分級結(jié)構(gòu)MoS2納米花球。通過籽晶層輔助生長技術(shù)，這種分級結(jié)構(gòu)的MoS2納米花球可以直接生長在陶瓷管表面。對純相的MoS2納米花球進(jìn)行氣敏性能測試，發(fā)現(xiàn)在300℃下對100 ppm的三乙胺，其靈敏度可以達(dá)到27左右，且對三乙胺具有良好的選擇性，對氣體濃度變化也非常敏感。但純相的MoS2存在著工作溫度過高、對低濃度的氣體響

4、應(yīng)較小的缺點。針對這些不足，需要提出如下一系列行之有效的改進(jìn)措施。⑵在MoS2表面復(fù)合貴金屬，通過構(gòu)筑Schottky接觸，同時借助貴金屬的增敏作用來提升MoS2的氣敏性能。利用真空離子鍍膜法在MoS2納米花球的表面濺射了不同量的Au納米顆粒，并制備成氣敏元件測試其氣敏性能。測試結(jié)果顯示在幾組傳感器中，濺射了50 sAu納米顆粒的MoS2納米花球表現(xiàn)出最好的氣敏響應(yīng)。在300℃下對50 ppm的三乙胺其靈敏度可以達(dá)到50左右。對于不同濃

5、度三乙胺的連續(xù)性測試中發(fā)現(xiàn)，對于較低濃度的三乙胺(2～10 ppm)其響應(yīng)曲線有了明顯的波動。這充分證明通過復(fù)合Au納米顆粒，使得MoS2的氣敏性能明顯增強(qiáng)。但氣敏測試結(jié)果顯示，制備的傳感器仍未實現(xiàn)在低溫度下工作。因此又進(jìn)行了以下的工作，以期大幅降低MoS2氣敏傳感器的工作溫度。⑶在MoS2納米花球表面復(fù)合金屬氧化物，通過構(gòu)筑n-n異質(zhì)結(jié)和Schottky接觸來提升MoS2的氣敏性能。通過脈沖激光沉積法在MoS2納米花球的表面復(fù)合了一定

6、厚度的SnO2納米顆粒，并在二者的基礎(chǔ)上濺射了Au納米顆粒，構(gòu)筑了三元的Au@SnO2/MoS2納米花球氣敏材料。氣敏測試結(jié)果顯示，在復(fù)合了SnO2和Au納米顆粒以后，MoS2納米花球的氣敏性能得到了大幅度的提高。尤其是對于三元復(fù)合Au@SnO2/MoS2納米花球，實現(xiàn)了器件在較低溫度下的工作。且在300℃下，對于100 ppm的三乙胺，其靈敏度達(dá)100左右。對不同濃度三乙胺的連續(xù)性測試時發(fā)現(xiàn)，Au@SnO2/MoS2納米花球?qū)?ppm