【摘 要】
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在过去的几十年中,有毒、易燃易爆等有害气体的排放导致严重的空气污染,对环境和人类健康均造成极大危害。为实时监测空气质量,气体检测技术在科学和工业领域引起了广泛的关注。此外,气体传感器还广泛地用于医疗和食品安全领域。电阻式气体传感器以其出色的感测特性以及低成本、易于制造和简单测量的优势而受到广泛欢迎。其工作原理基于气体与敏感材料的表面反应所引起的电阻变化。敏感材料在决定传感性能方面起着至关重要的作用
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在过去的几十年中,有毒、易燃易爆等有害气体的排放导致严重的空气污染,对环境和人类健康均造成极大危害。为实时监测空气质量,气体检测技术在科学和工业领域引起了广泛的关注。此外,气体传感器还广泛地用于医疗和食品安全领域。电阻式气体传感器以其出色的感测特性以及低成本、易于制造和简单测量的优势而受到广泛欢迎。其工作原理基于气体与敏感材料的表面反应所引起的电阻变化。敏感材料在决定传感性能方面起着至关重要的作用。WO3作为一种典型的N型半导体材料,具有丰富的纳米结构。本文着重研究了WO3?H2O及WO3纳米薄膜在气敏基片上的原位沉积及其气敏性能,主要研究结果如下:（1）采用化学浴沉积法（CBD）在衬底上原位生长了WO3·H2O纳米薄膜,并对薄膜样品进行了SEM、XRD、UV-Vis等表征。SEM观测表明,WO3·H2O薄膜由垂直于衬底的纳米片阵列组成,纳米片之间存在均匀的孔隙。气敏测试结果显示,WO3·H2O纳米片薄膜的最佳工作温度为50℃,生长时间为60分钟的WO3·H2O纳米片薄膜对NO2气体呈现最佳响应:对1ppm NO2气体的响应值能达到8.43,并且最低可检测出浓度为100ppb的NO2气体。引入紫外光辐照可极大地提升WO3·H2O纳米片薄膜对NO2的气敏响应,室温下对1ppm NO2的响应值高达1012。（2）对CBD WO3·H2O薄膜在不同温度进一步热处理后得到WO3薄膜。热重分析结果表明,WO3·H2O在214℃左右失去结晶水。XRD结果表明,在200℃以上热处理可获得单斜相的WO3。不同温度下的气敏测试显示,WO3纳米片薄膜的最佳工作温度为150℃,300℃热处理后的WO3纳米片薄膜对NO2气体展现出了最佳的响应。紫外光辐照进一步改善了WO3纳米片薄膜的气敏性能,可实现在常温下检测低浓度NO2。（3）在WO3纳米片薄膜表面进一步复合了不同厚度的非晶碳膜。SEM结果表明,复合了非晶碳膜未改变原本WO3纳米片薄膜的微观形貌。不同温度下的气敏测试显示,WO3/C复合薄膜的最佳工作温度为100℃。涂覆3层非晶碳的WO3/C复合薄膜对NO2气体呈最佳响应,对1ppm NO2气体的响应值高达82.17,最低可检测出浓度为100ppb的NO2气体。WO3/C复合薄膜的响应恢复速度较慢,在检测过程中引入200°C的热脉冲可加速气体的脱附,改善其响应恢复速度,同时对低浓度NO2的响应值有所增加。
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