金属硫化物半导体的表面态调控及在臭氧检测中的应用

发布时间：2020-05-19 08:23

【摘要】：用于监测气态污染物(如臭氧(O_3)和二氧化氮(NO_2))的气体传感器最重要的是制造传感器阵列。影响半导体气敏传感器选择性的关键有特异性吸附、材料表面状态(吸附位点、反应位点、氧化活性、酸碱特性等)和选择性改进策略(基体材料筛选、负载与掺杂、表面修饰、工作温度调控等)三大要素。金属硫化物半导体的表面态密度很低,对表面电性能的变化十分敏感,具有作为高灵敏电阻型气敏材料的潜力。所以,我们将通过使用Zn~(2+)掺杂MoS_2超薄纳米片(UNs)和对MoS_2 UNs进行表面改性的方法来提高半导体的识别功能、敏感体利用,开发具有不同的响应和识别不同分析物的模式的化学感应传感器阵列。(1)将1mmol的钼酸铵和30mmol的硫脲溶于35mL蒸馏水中,分别加入0,0.01,0.03,0.05,0.09和0.15mmol乙酸锌,通过水热法制备含有Zn~(2+)掺杂的MoS_2 UNs,用薄刷子将MoS_2 UNs的糊剂涂覆在陶瓷基板上以形成传感膜,制造出基于MoS_2 UNs的传感器。通过研究发现,与纯MoS_2传感器相比,含5%Zn~(2+)的MoS_2传感器对O_3和NO_2五种分析物的响应提高了160%以上,表明Zn~(2+)掺杂成功地适应了MoS_2基体的传感性能。通过掺杂不同的金属离子并且改变它们在MoS_2中的掺杂量的方法来构建一个多功能的传感器阵列。此外,含5%Zn~(2+)的MoS_2传感器对O_3和NO_2的检测限分别为17和215 ppb。传感器阵列在现实生活中的检测14秒内就能识别O_3,NO_2和其他分析物。(2)将1mmol的钼酸铵和30mmol的硫脲制成MoS_2 UNs,再与0.1mmol/L S1-4(注:S1-L-半胱氨酸,S2-DL-赖氨酸,S3-Nε-三氟乙酰基-L-赖氨酸,S4-8-羟基喹啉)分别均匀混合制得表面改性后的MoS_2 UNs。最后制得MoS_2 UNs传感器阵列。通过对O_3,C_2H_6O,CH_2O,N_2-NO_2气体检测的研究发现,不同传感器对同一目标气体的响应随着不同药品参与表面改性的变化而明显变化,同一传感器对不同目标气体的响应变化较大,表明掺杂S1-4对MoS_2 UNs的传感性能具有明显的剪裁效应和良好判别性能。
【图文】：

敏感参数,气体传感器,电阻值,气敏器件

图 1-1 气体传感器敏感参数（1）电阻值电阻值一般分为初始电阻和工作电阻，分别用字母 Ra 和 Rg 表示，其中电阻是指在特定的实验温度和干净的空气环境中，，气敏器件的阻值测试大小

石墨,结构示意图

石墨烯结构示意图
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN304;TP212

【参考文献】