三氧化鎢用于制備電阻元件
三氧化鎢是一種η-型寬禁帶半導體氧化物(禁帶寬度約2.4~2.8eV),由于晶體內存在原子或電子缺陷,使化合物發生化學計量偏離,其電荷載流子濃度主要決定于化學計量缺陷(如氧空位)的濃度,使其具有優異的催化和氣敏性能,可以用于制備電阻元件。以WO3為敏感材料制備的電阻元件是一種限流元件。
自從1991年碳納米管被發現以來,一維納米材料所呈現的更加新穎的電、磁、光、熱等物理和化學特性越來越受到關注,展現出其在電阻元件的應用價值和廣闊的應用前景。而三氧化鎢納米線比傳統的氧化鎢材料具有更大的比表面積,其在電阻元件(氣敏傳感器)、電致發光、光致發光、電導電極及光催化等方面均具有廣泛的應用前景。另外,三氧化鎢納米線還具有更高的表面活性和更強的吸附能力,加快與氣體的反應,從而大大提高了靈敏度并進一步降低了傳感器的工作溫度。
三氧化鎢基氣敏電阻元件因具有結構簡單、成本低廉、靈敏度高等優點,而被認為是NOx、CO、O2和NH3等最具有發展前景的新型氧化物氣敏傳感器之一。
三氧化鎢基NO2氣敏傳感器
最早發現并報道三氧化鎢對NO2的氣敏性質是在1991年,Aliyama等發現了三氧化鎢在300°C時是檢測二氧化氮的良好敏感材料。二氧化氮在三氧化鎢表面的反應機理為:當二氧化氮到達三氧化鎢表面時,由于NO2親電子能力比吸附氧強,NO2就會從吸附氧離子中或從三氧化鎢導帶中奪得電子,從而使得WO3表面耗盡層寬度及勢壘高度提高,WO3導電率下降,電阻升高,這也就是電阻元件的原理。
三氧化鎢基硫化氫氣敏傳感器
WO3基氣敏傳感器對硫化氫氣體的作用機理在于,當三氧化鎢接觸硫化氫之后,引起負電荷載流子數目增大,進而引起n型半導體WO3的電阻下降。
三氧化鎢基NH3氣敏傳感器
對WO3基NH3氣敏傳感器的一些研究成果如下:
1. 采用電紡絲法制備WO3納米纖維,并研究這種納米纖維在350°C的溫度下對50~500ppm的氨氣的響應特性,得出其對氨氣響應速度快(小于20秒)的結論;
2. 在WO3厚膜的表面覆蓋一層鉑催化的Si-Nb層,不僅能加快對NH3的響應,而且其響應時間也得到了縮短;
3. 采用Au和三氧化鉬為添加劑,制備WO3基氨敏傳感器,實驗表明,這種傳感器具有很好的耐高溫性和靈敏度,甚至可以在400°C的溫度下操作,而對氨氣的檢測極限可達1ppm;
4. 采用浸漬涂覆法在Si基板上制備三氧化鎢敏感膜,這種敏感膜在250~350°C范圍內對氨敏感;在300°C時敏感度達到最高,且響應時間為15秒,并且對乙醇、甲烷、丙酮和水蒸汽具有選擇性。
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