微型化和智能化是现代传感器发展的趋势。将传统半导体传感材料纳米化沉积在合适的衬底上,便可得到微型智能化传感元器件。铁氧化物是传统的气湿敏传感材料,对水蒸气具有优越的传感性能;硅纳米孔柱阵列（Si-NPA）具有独特的表面结构—微纳双重结构,该结构体系不仅使Si-NPA具有巨大的比表面积,而且可以为气体的传输提供通道,此外,Si还可以和集成电路技术相融合,所以Si-NPA很适合为传感元件做衬底材料。以Si-NPA为衬底,用匀胶旋涂和退火的方法在其上沉积一层纳米铁氧化物,能够得到铁氧化物/Si-NPA复合湿敏材料,然后测试该复合材料的湿敏性能。 围绕本研究课题,开展的实验工作及其结果如下: 1.采用微乳和水热相结合的技术,制备出了纯度高,分散性好,粒径可控的纳米铁氧化物。 2.通过控制匀胶和退火的条件,得到薄膜层纯度高、附着均匀的铁氧化物/Si-NPA复合材料,该复合体系基本保持了衬底材料独特的微纳双重结构。 3.在一系列不同的湿度条件下对Si-NPA、Fe₃O₄/Si-NPA和γ—Fe₂O₃/Si-NPA元件进行湿敏测试,结果显示:Si-NPA对湿度的感应具有灵敏度高、响应时间短的优点;Fe₃O₄/Si-NPA湿敏元件具有电容电阻响应灵敏性高、输出电容信号强、对湿度响应速度快以及元件稳定性好等特点;γ—Fe₂O₃/Si-NPA湿敏元件具有很高的灵敏性,且电容对湿度显示很好的单值性。通过分析可得如下结论:Si-NPA元件优越的湿敏性能与Si-NPA表面独特的微纳双重结构体系有关;Fe₃O₄/Si-NPA元件优越的湿敏性能由敏感层材料Fe₃O₄和衬底材料Si-NPA共同贡献;γ—Fe₂O₃/Si-NPA湿敏元件可以通过掺杂碱金属提高材料的稳定性。 本论文设计的铁氧化物/Si-NPA湿敏元件不仅体积小、有利于智能化,而且湿敏性能优越,拓宽了该类传感材料的研究;Si-NPA独特的表面结构有利于传感器对气体的感应,可以推广作为更多传感元器件的衬底材料。