三氧化鎢基H2S氣體傳感器

在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，硫化氫（H2S）氣體經(jīng)常以一種空氣污染物形式存在，H2S氣體濃度過(guò)高，不僅影響工業(yè)生產(chǎn)，而且會(huì)嚴(yán)重威脅人類(lèi)和其他生物的生產(chǎn)，即使少量的H2S氣體也會(huì)給人們的生活帶來(lái)不便，工業(yè)上H2S在空氣中允許的最大質(zhì)量濃度為0.01mg/L，因此迫切需要一種對(duì)H2S氣體敏感的氣體元件。

一般認(rèn)為，三氧化鎢（WO3）接觸H2S后引起負(fù)電荷載流子數(shù)目增大，從而引起n型半導(dǎo)體WO3電阻下降。而貴金屬Au的摻雜主要是降低氣敏元件的響應(yīng)時(shí)間，提高對(duì)H2S的靈敏度。例如，Lin報(bào)道的非晶WO3薄膜經(jīng)Au、Pd、Pt摻雜后，其達(dá)穩(wěn)定阻值90%的響應(yīng)時(shí)間縮短至1s以?xún)?nèi)。Royster采用金屬-有機(jī)物沉積工藝制備了WO3敏感膜并研究了其對(duì)H2S的敏感性能。

近年來(lái)，隨著研究的不斷深入，許多文獻(xiàn)報(bào)道了WO3敏感膜對(duì)ppm量級(jí)的H2S氣體敏感性能，隨測(cè)試溫度和H2S氣體濃度的不同其響應(yīng)時(shí)間從3s到104s不等。例如，2005年，Ionescu制備的WO3納米顆粒敏感膜在150~200℃范圍內(nèi)可檢測(cè)出低至20ppb的H2S氣體，其中，該敏感膜對(duì)1ppmH2S氣體的靈敏度為3~5。Stankova采用磁控濺射法制備的純的和Pt摻雜的WO3敏感膜在200℃時(shí)可檢測(cè)出100ppb的H2S氣體。WO3納米晶敏感膜和WO3納米線敏感膜對(duì)H2S氣敏性能的研究也較為活躍。而在400℃退火后的WO3納米晶敏感膜比700℃退火后的敏感膜對(duì)H2S氣體具有更好的響應(yīng)。Ponzoni制備的三維WO3納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在300℃時(shí)對(duì)10ppmH2S氣體的靈敏度高達(dá)100。Rout研究了WO3納米顆粒、WO3納米片和WO2.72納米線在40~250℃范圍內(nèi)對(duì)1~1000ppmH2S氣體的敏感特性，其中WO2.72納米線敏感膜在250℃時(shí)對(duì)1ppmH2S氣體的靈敏度為121。