28 / 2021-03-18 18:03:19

基于液料等离子喷涂的气敏层制备与性能研究

液料等离子喷涂,气敏层,涂层,金属氧化物

气敏层是传感器的核心元件，当前商用半导体气体传感器普遍存在元件工作温度高而导致传感器结构稳定性和使用安全性不足的问题，严重制约着半导体气体传感器的广泛应用。本课题组以“室温气敏元件设计—中空涂层制造—健康领域应用创新”为研究主线，开展了基础研究、关键技术研发和应用创新等工作：1）设计了表面染料敏化-体相掺杂新结构，增加可见光吸收、提高表面活性，增强了气敏层在室温下的响应能力。制备了可见光增强型的表面有机染料敏化-体相氧缺陷自掺杂室温气敏层，将传感器工作温度降低至室温，从源头上解决了传感器因工作温度过高导致的结构稳定性差、使用安全性不足的问题；2）提出了液料等离子喷涂制造中空结构-异质结涂层气敏涂层新方法，增大涂层比表面积、加快载流子转移速度，提高了传感器的灵敏度。提出了复合软模板等离子喷涂和混合液等离子新方法，阐明了涂层沉积机理，制造的中空微纳和异质结结构涂层具有高比表面积和介孔结构，气体分子吸附位点和扩散通道数量大幅增加，载流子得以更加迅速的转移，提高耗尽层宽度使得电阻幅度更大，传感器灵敏度大幅提高；3）提升了传感器对低浓度二氧化氮-丙酮的检测极限，以贵金属活化改善势垒高度，实现了超低浓度气体在室温下的精确检测。将室温半导体气体传感器检测极限提升到ppb级，拓展了室温传感器的应用范围。