W03薄膜氫敏機(jī)理

三氧化鎢(WO3)是一種重要的氣敏材料，該材料摻雜貴金屬Pd、Pt后對(duì)氫氣具有較好的敏感特性，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)WO3材料的研究非常活躍。首先采用不同方法制備了多種WO3基氫敏材料，然后對(duì)其形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并借助紫外-可見分光光度計(jì)原位測(cè)試了這些樣品的氫敏特性，最后對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，分析出WO3薄膜材料對(duì)氫氣敏感的機(jī)理。

(1)分別采用磁控濺射法和溶膠-凝膠法制備了WO3基氫敏薄膜，并進(jìn)行XRD、SEM測(cè)試，結(jié)果表明磁控濺射法制備的WO3、Pd/WO3薄膜未經(jīng)熱處理時(shí)均為非晶態(tài)，400℃熱處理后轉(zhuǎn)變?yōu)榫�態(tài)，薄膜表面平整、光滑、致密；采用溶膠-凝膠法制備的、經(jīng)過熱處理的WO3、Pt/WO3薄膜均為晶態(tài)結(jié)構(gòu)，表面粗糙度較大,且均呈疏松多孔結(jié)構(gòu)。

(2)將部分WO3、Pd/WO3濺射膜經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)變?yōu)榫�態(tài)結(jié)構(gòu)。借助紫外，可見分光光度計(jì)原位測(cè)試了WO3、Pd/WO3濺射膜的氫敏特性，測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：純WO3濺射膜在室溫下對(duì)氫氣幾乎不具有響應(yīng)性，而濺射法制備的Pd/WO3雙層膜在室溫下均對(duì)氫氣敏感，且非晶態(tài)雙層膜的氣敏性均好于晶態(tài)雙層膜。另外，膜厚對(duì)薄膜的氣敏性也有一定的影響，在所有濺射膜樣品中，Pd(30nm)/WO3(110nm)非晶薄膜的氫敏性能最佳,通入氫氣后，在波長(zhǎng)500nm處其相對(duì)透過率的變化達(dá)到52.4%。

(3)借助紫外-可見分光光度計(jì)原位測(cè)試了熱處理后的WO3、Pt/WO3溶膠-凝膠膜的氫敏特性。由測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有溶膠-凝膠膜樣品在室溫下均對(duì)氫氣敏感，其中Pt/WO3溶膠-凝膠膜在通入4%濃度的氫氣后，在波長(zhǎng)500 nm處其相對(duì)透過率的變化為36.6%，在波長(zhǎng)750 nm處其相對(duì)透過率的變化達(dá)到57.1%。在氫氣濃度1%～4%的范圍內(nèi)，Pt/WO3溶膠-凝膠膜對(duì)氫氣的響應(yīng)性與氫氣濃度之間有近似線性關(guān)系。

(4)最后對(duì)W03薄膜的氫敏機(jī)理進(jìn)行理論分析結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比得出結(jié)論：WO3薄膜的氣致變色現(xiàn)象由電子在W6+與W5+之間躍遷所導(dǎo)致。