CN114923960A - 一种no2气敏传感器及其制备方法 - Google Patents

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耿魁伟
颜志伟
姚若河
刘玉荣
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Abstract

本发明公开了一种NO2气敏传感器及其制备方法。一种NO2气敏传感器，包含：衬底；ZnO/金属氧化物纳米异质结构，ZnO/金属氧化物纳米异质结构设置在衬底表面；ZnO/金属氧化物纳米异质结构包括ZnO纳米阵列及其表面的非ZnO的金属氧化物；金属电极，金属电极设置在ZnO/金属氧化物纳米异质结构表面。本发明的气敏传感器与单一ZnO材料制备的传感器相比，对NO2气体的响应度有了极大的提高，气敏性能有极大改善；本发明的气敏传感器具有良好的选择性和抗干扰能力，此外，还具有稳定性好、重复性好、响应和恢复时间短、工作温度范围较广等优点，可适用于不同场景的NO2气体检测。

Description

一种NO2气敏传感器及其制备方法
技术领域
本发明属于气敏传感器技术领域，具体涉及一种NO2气敏传感器及其制备方法。
背景技术
大气中的二氧化氮(NO2)气体主要来自化石燃料的燃烧、工业废气以及汽车尾气的排放等。NO2是一种红棕色有毒气体，具有强烈刺激性气味，对人体健康和生态环境造成严重危害。人体吸入NO2不仅会对呼吸器官造成强烈刺激还可能引起慢性和急性中毒，另外，NO2是造成酸雨、光化学烟雾等大气污染的主要原因。因此，开发出一种低成本，对NO2气体具有较高的灵敏度，良好选择性的NO2气敏传感器具有重要的意义。
目前，用于NO2检测的气敏传感器中，最常见的是基于金属氧化物材料制备的电阻式气敏传感器。其基本原理为金属氧化物材料暴露在不同种类和不同浓度被检测气体中时，其表面电阻会因为电子的迁移发生变化，再通过外部电路就可以将气体成份和浓度信号转变为电流信号进行测量和标定。
常见的金属氧化物气敏材料有SnO2、In2O3、ZnO、WO3、TiO2、NiO等。但是直接使用单一的金属氧化物作为敏感材料存在着响应度低、响应速度慢、气体选择性差等缺点，单一的金属氧化物的气敏材料无法满足实际应用。
发明内容
为了克服现有技术存在单一金属氧化物作为NO2气敏传感器存在响应度低、响应速度慢、气体选择性差的问题，本发明的目的之一在于提供一种NO2气敏传感器，本发明的目的之二在于提供这种NO2气敏传感器的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明第一方面提供了一种NO2气敏传感器，NO2气敏传感器包含：
衬底；
ZnO/金属氧化物纳米异质结构，ZnO/金属氧化物纳米异质结构设置在衬底表面；ZnO/金属氧化物纳米异质结构包括ZnO纳米阵列及其表面的非ZnO的金属氧化物；
金属电极，金属电极设置在ZnO/金属氧化物纳米异质结构表面。
金属氧化物纳米异质结构除了具备一般纳米材料所具有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应之外，还具有协同效应以及费米能级效应，这些性质能有效提升材料的气敏特性。
优选的，这种NO2气敏传感器，ZnO/金属氧化物纳米异质结构中金属氧化物为铁氧化物、锡氧化物、铜氧化物、镍氧化物、镁氧化物、钙氧化物中的至少一种；进一步优选的，金属氧化物为铁氧化物、镁氧化物、钙氧化物中的至少一种。
优选的，这种NO2气敏传感器，衬底材料为玻璃、硅片和陶瓷片中的至少一种；进一步优选的，衬底材料为玻璃、陶瓷片中的至少一种；再进一步优选的，衬底材料为玻璃。
优选的，这种NO2气敏传感器，金属电极材料为金、银、钯、钛中的一种；进一步优选的，金属电极材料为金、银中的一种；再进一步优选的，金属电极材料为金。
本发明的NO2气敏传感器工作温度为20-280℃。
本发明的NO2气敏传感器可检测的NO2气体的浓度为5-1000ppm。
本发明的NO2气敏传感器对100ppm NO2响应度(Rg/Ra)大于20。
本发明的NO2气敏传感器响应时间小于20s。
本发明的NO2气敏传感器器件恢复时间小于15s。
本发明第二方面提供了上述NO2气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)在衬底材料表面制备ZnO种子层；
(2)利用水热法在ZnO种子层表面生长ZnO纳米阵列；
(3)将ZnO纳米阵列浸泡在含有金属盐的溶液中，反应后退火，得到ZnO/金属氧化物纳米异质结构；
(4)在ZnO/金属氧化物纳米异质结构表面制备金属电极并引出导线得到NO2气敏传感器。
ZnO纳米阵列制备工艺简单、稳定，通过对其表面进行物理、化学改性能够方便快捷的制备出纳米异质结构，这些异质结构往往比单一的ZnO结构具有更好的气敏传感性能，在制备NO2气敏传感器方面有更多的优势。
优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(1)中，衬底材料经过预处理；进一步优选的，采用醇类和水对衬底材料进行超声清洗；再进一步优选的，依次采用异丙醇、乙醇、去离子水对衬底材料进行超声清洗；更进一步优选的，超声清洗时间为15-30min。
优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(1)中，在衬底表面通过磁控溅射制备ZnO种子层。
进一步优选的，步骤(1)中，磁控溅射的功率为50-150W；再进一步优选的，磁控溅射的功率为80-120W；又进一步优选的，磁控溅射的功率为90-110W；更进一步优选的，磁控溅射的功率为100W。
优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(1)中，衬底材料表面制备ZnO种子层后，进行退火处理；进一步优选的，退火处理的温度为200-600℃；再进一步优选的，退火处理的温度为300-500℃；更进一步优选的，退火处理的温度为350-450℃。
进一步优选的，衬底材料表面制备ZnO种子层后，进行退火处理的时间为0.5-2h；再进一步优选的，退火处理的时间为0.5-1.5h；更进一步优选的，退火处理的时间为0.5-1h。
优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(1)中，ZnO种子层的厚度为5-100nm；进一步优选的，ZnO种子层的厚度为10-80nm；再进一步优选的，ZnO种子层的厚度为30-70nm；更进一步优选的，ZnO种子层的厚度为40-60nm。
优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(2)具体为：将步骤(1)的ZnO种子层置于ZnO纳米阵列生长液中，进行水热反应，生长ZnO纳米阵列；生长液由六水合硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)溶液和六亚甲基四胺(HTMA)溶液混合；进一步优选的，六水合硝酸锌的浓度为0.01-1mol/L，六亚甲基四胺的浓度为0.01-1mol/L；再进一步优选的，六水合硝酸锌的浓度为0.05-0.5mol/L，六亚甲基四胺的浓度为0.05-0.5mol/L；更进一步优选的，六水合硝酸锌的浓度为0.08-0.2mol/L，六亚甲基四胺的浓度为0.08-0.2mol/L；在本发明的一些优选实施例中，生长液中的六水合硝酸锌和六亚甲基四胺摩尔浓度相同；本发明气敏传感器的制备经济实惠，制备过程中的试剂仅需要用到六水合硝酸锌、六亚甲基四胺、常见碱以及铁盐、锡盐、铜盐、镍盐、镁盐、钙盐等一些常见盐溶液，且一次制备的样品数量越多平均成本越低。
进一步优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(2)中，水热反应的温度为60-180℃；再进一步优选的，水热反应的温度为70-150℃；又进一步优选的，水热反应的温度为70-120℃；更进一步优选的，水热反应的温度为80-100℃。
进一步优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(2)中，水热反应的时间为0.5-12h；再进一步优选的，水热反应的时间为1-10h；又进一步优选的，水热反应的时间为2-8h；更进一步优选的，水热反应的时间为3-6h。
优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(3)中，反应在磁力搅拌器中进行。
优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(3)中，ZnO纳米阵列在含有金属盐的溶液中浸泡的时间为1-20min；进一步优选的，ZnO纳米阵列在含有金属盐的溶液中浸泡的时间为4-16min；再进一步优选的，ZnO纳米阵列在含有金属盐的溶液中浸泡的时间为6-14min；更进一步优选的，ZnO纳米阵列在含有金属盐的溶液中浸泡的时间为8-12min。
优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(3)中，金属盐浓度为0.001-1mol/L；进一步优选的，金属盐浓度为0.001-0.5mol/L；再进一步优选的，金属盐浓度为0.001-0.1mol/L；又进一步优选的，金属盐浓度为0.001-0.01mol/L；更进一步优选的，金属盐浓度为0.002-0.008mol/L。
优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(3)中，含有金属盐的溶液还包含氨水或水合肼中的至少一种；进一步优选的，含有金属盐的溶液还包含氨水；再进一步优选的，金属盐与氨水的摩尔质量比为(4-8):1；又进一步优选的，金属盐与氨水的摩尔质量比为(5-7):1；更进一步优选的，金属盐与氨水的摩尔质量比为6:1；当金属盐的溶液含有锡盐、镍盐、镁盐、钙盐中的至少一种时，需要加入氨水或水合肼作为沉淀剂。
优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(3)中，退火处理的温度为300-800℃；进一步优选的，退火处理的温度为400-700℃；再进一步优选的，退火处理的温度为400-600℃；更进一步优选的，退火处理的温度为500℃。
优选的，这种NO2气敏传感器的制备方法，步骤(3)中，退火时间为0.5-4h；进一步优选的，退火时间为0.5-3h；再进一步优选的，退火时间为0.5-2h；更进一步优选的，退火时间为0.5-1h。
本发明的有益效果是：
1、本发明的气敏传感器与单一ZnO材料制备的传感器相比，对NO2气体的响应度有了极大地提高，气敏性能有极大改善；本发明的气敏传感器具有良好的选择性和抗干扰能力，此外，还具有稳定性好、重复性好、响应和恢复时间短、工作温度范围较广等优点，可适用于不同场景的NO2气体检测。
2、本发明的NO2气敏传感器结构稳定。与有机聚合物气敏材料、新型二维气敏材料相比较，ZnO/金属氧化物异质结构材料保留了一般金属氧化物的特点，物理结构简单、化学性质稳定，制备的器件具有半永久性使用且易于集成的优点。
3、ZnO纳米材料由于其氧空位的存在无需掺杂就表现出n型半导体金属氧化物的性质，容易与其它半导体材料形成异质结构；ZnO具有多种晶体结构和丰富的表面形貌，因此基于ZnO制备的ZnO/金属氧化物纳米异质结构比其它异质结构更容易形成所需的结构形貌，在实际场景的应用中能有更多的选择、更强的实用性。
4、本发明NO2气敏传感器的制备方法流程简单易行，通过简单的水热反应、水解反应和可控退火工艺就可以完成ZnO/金属氧化物纳米异质结构的制备。通过在ZnO/金属氧化物纳米异质结构的表面制备金属电极并引出导线制备成NO2气敏传感器，该结构对NO2气体浓度变化具有明显的电阻响应。
附图说明
图1为实施例1的ZnO纳米阵列50K倍SEM图。
图2为实施例1的ZnO纳米阵列30K倍SEM图。
图3为实施例1的ZnO/Fe2O3纳米异质结构50K倍SEM图。
图4为实施例1的ZnO/Fe2O3纳米异质结构30K倍SEM图。
图5为实施例1的ZnO纳米阵列及ZnO/Fe2O3纳米异质结构的X射线衍射图。
图6为实施例1的ZnO纳米阵列及ZnO/Fe2O3纳米异质结构的光致发光谱图。
图7为实施例1的NO2气敏传感器对100ppm NO2的响应度随温度变化关系曲线图。
图8为实施例1的NO2气敏传感器在232℃下对5-1000ppm NO2的动态响应曲线图。
图9为实施例1的NO2气敏传感器在不同浓度NO2下的响应度曲线图。
图10为实施例1的NO2气敏传感器分别在丙酮、乙醇、异丙醇、二甲苯、NO2、氢气、氨气下响应度的柱状对比图。
图11为实施例2和实施例3制备的NO2气敏传感器与纯ZnO纳米阵列所制备的器件对NO2的响应度对比图。
图12为实施例2制备的NO2气敏传感器在丙酮、乙醇、异丙醇、二甲苯、NO2、氢气、氨气下响应度的柱状对比图。
图13为实施例3制备的NO2气敏传感器在丙酮、乙醇、异丙醇、二甲苯、NO2、氢气、氨气下响应度的柱状对比图。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
实施例1
本实施例的NO2气敏传感器的制备方法如下：
(1)取2cm*2cm大小玻璃片，依次用异丙醇、乙醇、去离子水超声清洗20min，然后烘干备用；
(2)将步骤(1)得到的洁净玻璃片，通过磁控溅射制备ZnO种子层，磁控溅射的功率为100W，ZnO种子层厚度为50nm，然后把溅射有ZnO种子层的玻璃片在400℃条件下退火0.5h；
(3)以六水合硝酸锌为原料，配制浓度为0.1mol/L的六水合硝酸锌溶液；以六亚甲基四胺(HMTA)为原料，配制浓度为0.1mol/L的六亚甲基四胺溶液；将得到的六水合硝酸锌溶液和六亚甲基四胺溶液按照1：1的体积比均匀混合，配置成ZnO纳米棒生长液；
(4)将步骤(2)得到的玻璃片放入聚四氟乙烯内衬中，并将步骤(3)配置好的ZnO纳米棒生长液转移到其中，随后置于反应釜内，再放入鼓风烘箱内，设置温度90℃，反应4h，取出反应釜后自然冷却1h，制得ZnO纳米阵列；
(5)取出长有ZnO纳米阵列的玻璃片，漂洗3次，随后放入干燥箱内，设置温度60℃，干燥1h，取出自然冷却至室温；
(6)配置浓度为0.005mol/L的FeCl3水解前驱液；
(7)将步骤(5)得到的ZnO纳米阵列置于步骤(6)配置的水解前驱液中浸泡，浸泡过程中用磁力搅拌器对前驱液进行搅拌，浸泡时间为10min，FeCl3在水中会水解产生Fe(OH)3和H+，Fe(OH)3会沉淀到ZnO纳米棒上，H+对ZnO纳米阵列具有一定的腐蚀作用，通过水解反应，腐蚀和沉淀作用得到ZnO/Fe(OH)3纳米异质结构，取出后放入干燥箱内，设置温度60℃，干燥2h；
(8)将步骤(7)得到的ZnO/Fe(OH)3纳米异质结构放入管式炉中退火，制得ZnO/Fe2O3纳米异质结构，退火温度为500℃，退火时间为0.5h；
(9)在步骤(8)得到的ZnO/Fe2O3纳米异质结构表面蒸镀金电极并引出导线制备成NO2气敏传感器。
步骤(4)制得的ZnO纳米阵列和步骤(8)制得的ZnO/Fe2O3纳米异质结构的扫描电镜图如图1-4所示。ZnO纳米阵列浸泡金属氧化物后形貌发生了明显的改变，ZnO纳米阵列和表面覆盖的Fe2O3小颗粒形成了异质结构；材料表面的粗糙程度增加了，这增大了材料的比表面积，有利于气敏性能的提升。
步骤(4)制得的ZnO纳米阵列和步骤(8)制得的ZnO/Fe2O3纳米异质结构的X射线衍射图如图5所示。图中ZnO(002)晶面的衍射峰强度远远大于其他晶面衍射峰强度，说明生成的ZnO存在c轴择优取向；浸泡金属氧化物退火后衍射峰强度减低，但是没有观察到Fe2O3的峰，这可能是因为外部覆盖的Fe2O3结晶度不高所导致。
步骤(4)制得的ZnO纳米阵列和步骤(8)制得的ZnO/Fe2O3纳米异质结构的光致发光谱图如图6所示，其中398nm对应ZnO的带间发射峰，而591nm处出现的是ZnO深能级复合峰，包括氧空位、氧间隙、锌空位、锌间隙。浸泡退火之后ZnO带间发射峰基本消失，深能级复合峰向右移动，这是因为引入了新的缺陷导致。
将步骤(9)制备的NO2气敏传感器老化，施加不同测试温度后，将其暴露在不同种类的气体和不同浓度NO2的气氛中并测量其阻值，通过电阻值的变化量来确定传感器的气敏性能。NO2气敏传感器对100ppm NO2的响应度随温度变化关系曲线如图7所示，随工作温度升高器件响应度先下降后上升再下降，在232℃下器件的响应度达到最大值。
本实施例制备的NO2气敏传感器在232℃下对5-1000ppm NO2的动态响应曲线和响应度随NO2浓度变化曲线如图8-9所示，随NO2浓度增加器件响应度也逐渐提高，并且趋向于饱和。
本实施例制备的NO2气敏传感器在232℃下对100ppm浓度丙酮、乙醇、异丙醇、二甲苯、NO2、氢气、氨气响应度的柱状对比图如图10所示，从空气到丙酮、乙醇、异丙醇、二甲苯、氢气、氨气环境中器件电阻减小，从空气到NO2电阻增大，说明NO2是氧化性气体，其它几种气体体现还原性质，这和实际情况一致。且在同等浓度下器件对于NO2的响应度远远高于其它几种气体，说明器件对NO2具有良好的选择性。
实施例2
本实施例的NO2气敏传感器的制备方法如下：
(1)取2cm*2cm大小玻璃片，依次用异丙醇、乙醇、去离子水超声清洗20min，然后烘干备用；
(2)将步骤(1)得到的洁净玻璃片，通过磁控溅射制备ZnO种子层，磁控溅射的功率为100w，ZnO种子层厚度为50nm，然后把溅射有ZnO种子层的玻璃片在400℃条件下退火0.5h；
(3)以六水合硝酸锌为原料，配制浓度为0.1mol/L的六水合硝酸锌溶液；以六亚甲基四胺(HMTA)为原料，配制浓度为0.1mol/L的六亚甲基四胺溶液；将得到的六水合硝酸锌溶液和六亚甲基四胺溶液按照1：1的体积比均匀混合，配置成ZnO纳米棒生长液；
(4)将步骤(2)得到的玻璃片放入聚四氟乙烯内衬中，并将步骤(3)配置好的ZnO纳米棒生长液转移到其中，随后置于反应釜内，再放入鼓风烘箱内，设置温度90℃，反应4h，取出反应釜后自然冷却1h，制得ZnO纳米阵列；
(5)取出长有ZnO纳米阵列的玻璃片，漂洗3次，随后放入干燥箱内，设置温度60℃，干燥1h，取出自然冷却至室温；
(6)配置50ml浓度为0.05mol/L的乙酸钙溶液，加入2ml浓度为28％的氨水作为沉淀剂，制备成水解前驱液；
(7)将步骤(5)得到的ZnO纳米阵列置于步骤(6)配置的水解前驱液中浸泡，浸泡过程中用磁力搅拌器对前驱液进行搅拌，浸泡时间为10min，通过水解反应，腐蚀和沉淀作用得到ZnO/Ca(OH)2纳米异质结构，取出后放入干燥箱内，设置温度60℃，干燥2h；
(8)将步骤(7)得到的ZnO/Ca(OH)2纳米异质结构放入管式炉中退火，生成ZnO/CaO纳米异质结构，退火温度为600℃，退火时间为0.5h；
(9)在步骤(8)得到的ZnO/CaO纳米异质结构表面蒸镀金电极并引出导线制备成NO2气敏传感器。
将步骤(9)制备的NO2气敏传感器老化，施加不同测试温度后，将其暴露在浓度为100ppm的不同种类气体氛中并测量其阻值，通过电阻值的变化量来确定传感器的气敏性能。
本实施例步骤(4)制得的纯ZnO纳米阵列和制得的NO2气敏传感器与所制备的器件在232℃下对100ppm NO2的响应度对比图如图11所示，纯ZnO纳米阵列对NO2几乎没有气敏特性，制备成ZnO/CaO异质结构后其气敏性能有极大提高。
本实施例的NO2气敏传感器对100ppm丙酮、乙醇、异丙醇、二甲苯、NO2、氢气、氨气响应度的柱状对比图如图12所示，它们的变化趋势和实例1保持一致，对NO2的响应远远高于其它几种气体，说明器件对NO2具有良好的选择性。
实施例3
(1)取2cm*2cm大小玻璃片，依次用异丙醇、乙醇、去离子水超声清洗20min，然后烘干备用；
(2)将步骤(1)得到的洁净玻璃片，通过磁控溅射制备ZnO种子层，磁控溅射的功率为100w，ZnO种子层厚度为50nm，然后把溅射有ZnO种子层的玻璃片在400℃条件下退火0.5h；
(3)以六水合硝酸锌为原料，配制浓度为0.1mol/L的六水合硝酸锌溶液；以六亚甲基四胺(HMTA)为原料，配制浓度为0.1mol/L的六亚甲基四胺溶液；将得到的六水合硝酸锌溶液和六亚甲基四胺溶液按照1：1的体积比均匀混合，配置成ZnO纳米棒生长液；
(4)将步骤(2)得到的玻璃片放入聚四氟乙烯内衬中，并将步骤(3)配置好的ZnO纳米棒生长液转移到其中，随后置于反应釜内，再放入鼓风烘箱内，设置温度90℃，反应4h，取出反应釜后自然冷却1h，制得ZnO纳米阵列；
(5)取出长有ZnO纳米阵列的玻璃片，漂洗3次，随后放入干燥箱内，设置温度60℃，干燥1h，取出自然冷却至室温；
(6)将乙酸钙和氯化镁1:1的比例配置50ml浓度为0.05mol/L的混合溶液，加入2ml浓度为28％的氨水作为沉淀剂，制备成水解前驱液；
(7)将步骤(5)得到的ZnO纳米阵列置于步骤(6)配置的水解前驱液中浸泡，浸泡过程中用磁力搅拌器对前驱液进行搅拌，浸泡时间为10min，通过水解反应，腐蚀和沉淀作用得到ZnO/Ca(OH)2-Mg(OH)2纳米异质结构，取出后放入干燥箱内，设置温度60℃，干燥2h；
(8)将步骤(7)得到的ZnO/Ca(OH)2-Mg(OH)2纳米异质结构放入管式炉中退火，生成ZnO/CaO-MgO纳米异质结构，退火温度为600℃，退火时间为0.5h；
(9)在步骤(8)得到的ZnO/CaO-MgO纳米异质结构表面蒸镀金电极并引出导线制备成NO2气敏传感器。
将把步骤(9)制备的NO2气敏传感器老化，施加不同测试温度后，将其暴露在浓度为100ppm的不同种类气体氛中并测量其阻值，通过电阻值的变化量来确定传感器的气敏性能。
本实施例步骤(4)制得的纯ZnO纳米阵列和制得的NO2气敏传感器与所制备的器件对100ppm NO2的响应度对比图如图11所示，纯ZnO纳米阵列对NO2几乎没有气敏特性，同时使用钙盐和镁盐浸泡水解制备的ZnO/CaO-MgO异质结构气敏性能在ZnO/CaO异质结构的基础上又进一步提高。
本实施例的NO2气敏传感器对100ppm丙酮、乙醇、异丙醇、二甲苯、NO2、氢气、氨气响应度的柱状对比图如图13所示，它们的变化趋势和实例1保持一致，对NO2的响应远远高于其它几种气体，说明器件对NO2具有良好的选择性。
本发明的NO2气敏传感器重复性好，对100ppm NO2进行测试，经过10个测试周期性器件能保持稳定。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种NO2气敏传感器，其特征在于，所述NO2气敏传感器包含：
衬底；
ZnO/金属氧化物纳米异质结构，所述ZnO/金属氧化物纳米异质结构设置在所述衬底表面；所述ZnO/金属氧化物纳米异质结构包括ZnO纳米阵列及其表面的非ZnO的金属氧化物；
金属电极，所述金属电极设置在所述ZnO/金属氧化物纳米异质结构表面。
2.根据权利要求1所述NO2气敏传感器，其特征在于，所述ZnO/金属氧化物纳米异质结构中金属氧化物为铁氧化物、锡氧化物、铜氧化物、镍氧化物、镁氧化物、钙氧化物中的至少一种。
3.一种权利要求1或2所述NO2气敏传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在衬底材料表面制备ZnO种子层；
(2)利用水热法在所述ZnO种子层表面生长ZnO纳米阵列；
(3)将所述ZnO纳米阵列浸泡在含有金属盐的溶液中，反应后退火，得到ZnO/金属氧化物纳米异质结构；
(4)在所述ZnO/金属氧化物纳米异质结构表面制备金属电极并引出导线得到所述NO2气敏传感器。
4.根据权利要求3所述NO2气敏传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述衬底材料表面制备ZnO种子层后，进行退火处理。
5.根据权利要求4所述NO2气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为200-600℃。
6.根据权利要求3所述NO2气敏传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述ZnO种子层的厚度为5-100nm。
7.根据权利要求3所述NO2气敏传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述ZnO纳米阵列在含有金属盐的溶液中浸泡的时间为1-20min。
8.根据权利要求7所述NO2气敏传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述金属盐浓度为0.001-1mol/L。
9.根据权利要求3所述NO2气敏传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述退火处理的温度为300-800℃。
10.根据权利要求9所述NO2气敏传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述退火处理的时间为0.5-4h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115784630A (zh) * 2022-11-15 2023-03-14 湖北大学 一种异质结复合薄膜及其制备方法和应用、甲烷气体传感器
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