2.50C /min。实施例1所制备的种子层表面形貌扫描电子显微镜分析结果如图3。
[0043](5)水热法制备多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器
[0044]首先配置反应液，称取8.25g钨酸钠，利用磁力搅拌机将其全部溶解于25ml的去离子水中，再利用稀盐酸调节反应液PH值至2.0，随后将上述溶液稀释至250ml，再加入适量的草酸，使溶液的pH值控制在2.5，接着移取60ml配置好的反应液至10ml水热反应釜的聚四氟乙烯内衬中，然后将(4)中附着有种子层的多孔硅衬底插在样品架上水平腾空置于内衬中，最后将反应釜置于恒温干燥箱中于180°C恒温反应2h。
[0045](6)水热反应后多孔硅基片的清洗
[0046]将步骤(5)中水热反应后的多孔硅基片反复经去离子水和无水乙醇浸泡清洗，然后在80°C的真空干燥箱中干燥10h。实施例1所制备的多孔硅基氧化钨纳米棒表面和断面形貌扫描电子显微镜分析结果如图4和图5所示，说明在多孔孔洞的底部也长有大量的氧化鹤纳米棒。
[0047](7)制备多孔娃基氧化鹤纳米棒复合结构气敏传感器元件
[0048]将步骤(6)中得到的多孔硅基氧化钨纳米棒置于超高真空对靶磁控溅射设备的真空室，采用质量纯度99.99%的金属铂作为靶材，以质量纯度99.999%的氩气作为工作气体，氩气气体流量为24sCCm，本体真空度为4.0 X 10_4Pa，溅射工作压强为2Pa，溅射功率为90W，溅射时间为8min，在多孔硅基氧化钨纳米棒表面沉积一对尺寸为0.2cmX0.2cm的钼电极，电极间距为8mm。
[0049](8)多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器元件的热处理
[0050]将步骤(7)所制备的多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器元件置于马弗炉中进行退火处理，热处理温度为400°C，保温时间为2h，升温速率为2.50C /min。
[0051]实施例1制得的多孔娃基氧化鹤纳米棒复合结构气敏传感器元件在室温下对
0.1?3ppm的NO2气体的动态响应曲线如图6所示。其在室温下的灵敏度与NO 2气体浓度的对应关系示意图如图7所示，其中对0.1、0.5、l、2、3ppm NO2气体的灵敏度分别为1.17、
2.83,3.38,3.96 和 5.04。
[0052]由实施例1所制得的多孔娃基氧化鹤纳米棒复合结构气敏传感器元件在室温下对50ppm氨气和10ppm乙醇、丙酮、异丙醇蒸汽的灵敏度分别为L 34、1.23、1.18、1.15，而对3ppm N02气体的灵敏度为5.04，如图8所示。这表明该多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器元件对NO2气体具有较好的选择性。
[0053]实施例2
[0054]本实施例与实施例1的不同之处在于:步骤(4)中种子层的热处理温度为550°C，所制得的多孔娃基氧化鹤纳米棒复合结构气敏传感器元件在室温下对Ippm ?^02气体的灵敏度为2.25。
[0055]实施例3
[0056]本实施例与实施例1的不同之处在于:步骤(4)中种子层的热处理温度为600°C，所制得的多孔娃基氧化鹤纳米棒复合结构气敏传感器元件在室温下对Ippm ?^02气体的灵敏度为2.53。
[0057]实施例4
[0058]本实施例与实施例1的不同之处在于:步骤(4)中种子层的热处理温度为700°C，所制得的多孔娃基氧化鹤纳米棒复合结构气敏传感器元件在室温下对Ippm ?^02气体的灵敏度为1.34。
[0059]以上参照附图和实施例，对本发明进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的普通技术人员应能理解，在实际应用中，本发明中各部件的设置方式均可能发生某些改变，而其他人员在其启示下也可能做出多种形式的相似设计。需要指出的是，只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变及其相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器的制备方法，其特征在于，包括下列步骤: (1)硅基片的清洗: 将P型单面抛光的单晶硅基片放入浓硫酸与过氧化氢的混合液中浸泡30?50min，随后置于氢氟酸与去离子水的混合液中浸泡20?40min，然后分别在丙酮和乙醇中超声清洗5?20min，最后将娃基片放入无水乙醇中备用； (2)制备多孔娃: 采用双槽电化学腐蚀法在步骤(I)的单晶硅片的抛光表面制备多孔硅层； (3)制备种子溶液: 将钨酸钠全部溶解于去离子水中，随后逐滴加入稀盐酸，直至不再产生白色沉淀，然后将混合液静置30?60min，将上层清液倒掉后再利用低速离心机离心底层的沉淀，再将沉淀溶入10?30ml的过氧化氢中形成浓度为0.5?IM的黄色透明的种子溶液； (4)制备种子层: 将步骤(3)中制备的种子溶液旋涂于步骤(2)中所制备的多孔硅上，然后进行退火处理； (5)水热法制备多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器: 首先配置反应液，称取4.13?8.25g钨酸钠，将其全部溶解于25ml去离子水中，调节pH至酸性，接着移取配置好的反应液至水热反应釜的聚四氟乙烯内衬中，然后将(4)中附着有种子层的多孔硅衬底插在样品架上水平腾空置于内衬中，最后将反应釜置于恒温干燥箱中恒温反应； (6)水热反应后多孔硅基片的清洗和干燥； (7)制备多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器元件: 将步骤(6)中得到的多孔硅基氧化钨纳米棒进行超高真空对靶磁控溅射，得到多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器元件； (8)多孔娃基氧化鹤纳米棒复合结构气敏传感器元件的热处理: 将步骤(7)所制备的多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器元件进行退火处理。
2.根据权利要求1所述多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)的P型单面抛光的单晶硅片的电阻率为10?15Ω._，厚度为400 μ m，晶向为(100)，硅基片衬底的尺寸为2.2?2.4cmX0.8?0.9cm。
3.根据权利要求1所述多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)双槽电化学腐蚀法所用电解液由质量浓度为40%的氢氟酸和质量浓度为40%二甲基甲酰胺组成，体积比为1:2，在室温且不借助光照的环境下通过改变电流密度和腐蚀时间改变多孔硅的平均孔径和厚度，施加的电流密度为50?lOOmA/cm2，腐蚀时间为5?20min。
4.根据权利要求1所述多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)的种子层旋涂的次数为5次，置于马弗炉中进行退火处理，退火温度为550?700°C，保温时间为2h，升温速率为2?5°C /min。
5.根据权利要求1所述多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中反应的pH值分两步进行调节，先利用稀盐酸将溶液pH值调至1.5?2.0，再利用草酸将稀释后的溶液的pH调至1.5?3.0。
6.根据权利要求1所述多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中水热反应条件为180°C下恒温反应2h。
7.根据权利要求1所述多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)是指将步骤(5)中水热反应后的多孔硅基片反复经去离子水和无水乙醇浸泡清洗，然后在60?80°C的真空干燥箱中干燥8?10h。
8.根据权利要求1所述多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)超高真空对靶磁控溅射条件为:采用质量纯度99.99%的金属铂作为靶材，以质量纯度99.999%的氩气作为工作气体，氩气气体流量为23?25sCCm，本体真空度为(4?5) X 10_4Pa溅射工作压强为2?4Pa，溅射功率为80?100W，溅射时间为8?lOmin，在多孔硅基氧化钨纳米棒表面沉积一对铂电极，制成可用于室温检测氮氧化物的气敏传感器元件。
9.根据权利要求1所述多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中热处理的条件是于300?450°C下在马弗炉中恒温2h，升温速率为.2 ~ 5°C /min。
【专利摘要】本发明公开了一种多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器的制备方法，采用水热法在有序多孔硅上原位生长氧化钨纳米棒，提供了一种可低成本控制多孔硅基氧化钨纳米棒形貌以及气敏性能的方法。水热法操作较为简单，所需控制的工艺条件少，且对环境无污染。并且，所制备的多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器元件具有较大的比表面积和表面活性，可提供较多的气体吸附位置和气体扩散通道，可在室温下检测超低浓度的氮氧化物气体，具有高灵敏度、良好选择性的优点。同时，该气敏元件体积小，使用方便，具有重要的实践和研究意义。
【IPC分类】G01N27-00
【公开号】CN104634824
【申请号】CN201510043589
【发明人】胡明, 魏玉龙, 闫文君, 王登峰, 袁琳
【申请人】天津大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月28日