本项技术革新聚焦于纳米材料异质结领域,详细介绍了NiO/Ag/ZnIn2S4纳米异质结阵列的制备工艺。该技术突破了传统限制,实现了室温下对气体的高效检测,具有重要的科研和商业价值。
背景技术
基于金属氧化物的半导体气体传感器可以实现环境气体的有效检测和监测。然而,传统的半导体气体传感器一般需要在高温下加热驱动才可以工作,这极大的增加了传感器的功耗和在易燃易爆气氛中使用的风险。利用光子对半导体气敏材料的激发可以通过产生丰富的光生载流子和表面反应活性物种来增强半导体材料的气敏反应。这种方式被证明有望代替传统的热激发,显著降低传感器的工作温度。然而,常见半导体气敏材料极高的光生载流子复合率以及低的可见光吸收效率极大的限制了光激发下气敏性能的提升,这已经成为光激发型半导体气体传感器进一步发展的两大瓶颈问题。
针对半导体气敏材料光生载流子复合率高的问题,设计半导体异质结是当前最常见的策略。相比于传统的三类半导体异质结,近年来发现的新型S型异质结由于独特的光生载流子转移机制,具有增强的光生载流子分离效率,同时可以在最大限度上保持光生载流子的氧化/还原能力。S型异质结的独特优势使得其近年来在光催化领域(包括光催化产氢,水体污染物降解,二氧化碳还原等等)得到了大量的研究。然而,到目前为止,关于S型异质结在半导体气体传感器领域的研究几乎没有得到关注。S型异质结的独特优势非常有望解决光激发型半导体气体传感器光生载流子复合率高的问题。此外,针对半导体气敏材料可见光吸收效率低的问题,通过在S型异质结中合理的选择窄禁带的具有良好可见光吸收效应的半导体组分来代替传统的宽禁带半导体气敏材料(比如ZnO、SnO2
和TiO2
)也有望在很大程度上解决。总之,迫切需要在实验上开发新型的S型异质结用于光激发型半导体气体传感器领域。
对于由两种半导体直接复合构造的S型异质结来说,最近的研究发现,方向迁移载流子的竞争以及晶格结构不匹配带来的不稳定接触界面,往往会给光生载流子在界面处的有效分离带来极大的挑战。因此,亟需解决该问题,从而有望进一步加速光激发型半导体气体传感器的发展。
实现思路