[发明专利]一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及气体传感器技术领域，提供了一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器及其制备方法和应用。本发明提供的气体传感器包括自下而上依次接触的衬底、氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层和叉指电极。氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层中氧化镍和二氧化钛复合形成异质结，进而提高传感器的气敏性能，且氧化镍独特的氧化还原特性也能够提高传感器的气敏特性。本发明提供的气体传感器气体浓度探测范围增大、响应恢复时间短、灵敏度和重复性高，对氢气、一氧化碳、氨气等气体均有良好的响应，且在室温下即可实现高灵敏度探测。本发明提供的制备方法步骤简单、成本低、可操作性强、对设备要求低，可用于大量合成。

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，特别涉及一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器及其制备方法和应用。

背景技术

气体传感研究旨在创建一个可以检测周围空气中存在的各种气体及其浓度水平的电子鼻，应当具有足够的灵敏度、选择性和重复性。几种常见气体包括氢气、一氧化碳、氨气等，这些气体的有毒、有害、易燃、易爆特性等给气体的应用、储存和运输带来极大的安全隐患，因此获得一种室温下具有高灵敏度、响应和回复速度快、性能稳定并且廉价的气体传感器成为当今工业领域的迫切需求。

TiO₂是一种重要的宽带隙(锐钛矿3.2eV、金红石3.0eV)半导体功能材料。作为一种常见的n型半导体氧化物材料，TiO₂具有表面性能稳定、无毒性、易合成、成本低等诸多优点，其作为敏感材料成为气体传感器领域最受欢迎的材料之一。然而大多数基于TiO₂的气体传感器仍然存在室温下灵敏度不高(大多数TiO₂气体传感器的最佳工作温度为100～200℃)、响应恢复时间较长的缺点，一定程度上限制了其实际应用。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器及其制备方法和应用。本发明提供的气体传感器在室温下灵敏度高、响应恢复时间短、气体浓度探测范围大。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器，自下而上包括衬底、设置在所述衬底表面的氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层和设置在所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层表面叉指电极；所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层由氧化镍和二氧化钛纳米棒组成。

优选的，所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层包括二氧化钛纳米棒和填充在所述二氧化钛纳米棒之间的氧化镍；

或包括二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层和生长在所述二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层上表面的氧化镍层；所述二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层包括二氧化钛纳米棒和填充在所述二氧化钛纳米棒之间的氧化镍；

或包括二氧化钛纳米棒层和生长在所述二氧化钛纳米棒层上表面的氧化镍层。

优选的，当所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层包括二氧化钛纳米棒和填充在二氧化钛纳米棒之间的氧化镍时，所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层的厚度为1.6～2.0μm；

当氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层包括二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层和生长在所述二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层上表面的氧化镍层时，所述二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层的厚度为2.1～2.5μm，所述氧化镍层的厚度为150～200nm；

当所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层包括二氧化钛纳米棒层和生长在二氧化钛纳米棒层上表面的氧化镍层时，所述二氧化钛纳米棒层的厚度为3.2～3.6μm，所述氧化镍层的厚度为250～300nm。

优选的，所述衬底为FTO衬底；所述叉指电极为铂叉指电极。

本发明提供了上述方案所述气体传感器的制备方法，包括以下步骤：