三氧化钨用于制备电阻元件

SO2气敏传感器

三氧化钨是一种η-型宽禁带半导体氧化物(禁带宽度约2.4~2.8eV),由于晶体内存在原子或电子缺陷,使化合物发生化学计量偏离,其电荷载流子浓度主要决定于化学计量缺陷(如氧空位)的浓度,使其具有优异的催化和气敏性能,可以用于制备电阻元件。以WO3为敏感材料制备的电阻元件是一种限流元件。

自从1991年碳纳米管被发现以来,一维纳米材料所呈现的更加新颖的电、磁、光、热等物理和化学特性越来越受到关注,展现出其在电阻元件的应用价值和广阔的应用前景。而三氧化钨纳米线比传统的氧化钨材料具有更大的比表面积,其在电阻元件(气敏传感器)、电致发光、光致发光、电导电极及光催化等方面均具有广泛的应用前景。另外,三氧化钨纳米线还具有更高的表面活性和更强的吸附能力,加快与气体的反应,从而大大提高了灵敏度并进一步降低了传感器的工作温度。

三氧化钨基气敏电阻元件因具有结构简单、成本低廉、灵敏度高等优点,而被认为是NOx、CO、O2和NH3等最具有发展前景的新型氧化物气敏传感器之一。

三氧化钨基NO2气敏传感器

最早发现并报道三氧化钨对NO2的气敏性质是在1991年,Aliyama等发现了三氧化钨在300°C时是检测二氧化氮的良好敏感材料。二氧化氮在三氧化钨表面的反应机理为:当二氧化氮到达三氧化钨表面时,由于NO2亲电子能力比吸附氧强,NO2就会从吸附氧离子中或从三氧化钨导带中夺得电子,从而使得WO3表面耗尽层宽度及势垒高度提高,WO3导电率下降,电阻升高,这也就是电阻元件的原理。

三氧化钨基硫化氢气敏传感器

WO3基气敏传感器对硫化氢气体的作用机理在于,当三氧化钨接触硫化氢之后,引起负电荷载流子数目增大,进而引起n型半导体WO3的电阻下降。

三氧化钨基NH3气敏传感器

对WO3基NH3气敏传感器的一些研究成果如下:
1. 采用电纺丝法制备WO3纳米纤维,并研究这种纳米纤维在350°C的温度下对50~500ppm的氨气的响应特性,得出其对氨气响应速度快(小于20秒)的结论;
2. 在WO3厚膜的表面覆盖一层铂催化的Si-Nb层,不仅能加快对NH3的响应,而且其响应时间也得到了缩短;
3. 采用Au和三氧化钼为添加剂,制备WO3基氨敏传感器,实验表明,这种传感器具有很好的耐高温性和灵敏度,甚至可以在400°C的温度下操作,而对氨气的检测极限可达1ppm;
4. 采用浸渍涂覆法在Si基板上制备三氧化钨敏感膜,这种敏感膜在250~350°C范围内对氨敏感;在300°C时敏感度达到最高,且响应时间为15秒,并且对乙醇、甲烷、丙酮和水蒸汽具有选择性。

三氧化钨和气敏传感器

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