[发明专利]基于氧化铈颗粒修饰的氧化铜纳米线结构的异质气敏纳米材料、制备工艺及其应用

说明书

本发明公开了一种基于氧化铈颗粒修饰的氧化铜纳米线结构的异质气敏纳米材料、制备工艺及其应用。本发明采用共价键合法，将水热法制备得到的CeO₂纳米颗粒修饰于热氧化法制备得到的CuO纳米线上，进一步煅烧后得到了异质气敏材料，其合成方法成本相对较低、制备效率高和可规模化生产；本发明采用电子束光刻技术制备了氧化铈颗粒修饰的氧化铜纳米线基新型单根纳米线气体传感器件，该制备方法重复性好、成功率高，单根纳米线气体传感器件能够对ppb级微量硫化氢气体实现超快超灵敏探测，同时具有较好的选择性和一致性，能够应用于工业生产、环境监测、食品安全检测和医疗健康等领域。

技术领域

本发明涉及半导体纳米材料制备、半导体器件加工和气体传感应用技术领域，具体指一种基于氧化铈颗粒修饰的氧化铜纳米线结构的异质气敏纳米材料、制备工艺及其应用。

背景技术

近年来，随着大气环境污染问题日益突出，超灵敏、高精度的气体传感器在环境监测、工业安全、烟雾报警和汽车尾气排放控制等领域将发挥越来越重要的作用。而随着科学技术的不断发展，高精度气体传感器在食品安全检测和医疗健康等领域也有极大的应用发展空间。例如，在食品安全检测方面，气体传感器可以检测果蔬、肉类等易腐败食物的新鲜度；而在医疗健康领域，气体传感器能够通过检测呼出气中特定气体成分的浓度而进行相关疾病的初步筛查，相比于血检等其它有创检测手段，呼出气疾病检测技术不但能够提高检测筛查速度，而且能够减轻病人的负担和痛苦。此外，在爆炸物检测等国防安全领域，超灵敏气体传感器也发挥着不可或缺的重要作用。

在众多气敏材料中，金属氧化物半导体纳米材料由于具有成本低、热稳定性和化学稳定性好等优点，受到了广泛的研究关注。其中，氧化铜（CuO）是一种气敏性能优异的p型多功能半导体材料，被广泛应用于气体传感器中。为了提高材料的气体吸附能力，纳米线、纳米片和纳米颗粒等高比表面积的新型纳米结构被深入开发研究。然而，单一纳米材料的气体传感性能相对较差，因此需要构建异质结结构以进一步提高气体传感器件的响应性能。

目前，金属氧化物半导体纳米材料基气体传感器件多采用陶瓷管式和MEMS式器件结构，存在选择性和一致性较差等问题。新型单根纳米线器件结构能够深入挖掘纳米材料对气体响应的气敏机理，同时有助于提高器件的选择性和一致性。

硫化氢是一种无色易挥发具有臭鸡蛋气味的腐蚀性气体，广泛存在于化工生产、废弃物处理等过程中，易造成大气环境污染。同时，过量硫化氢气体会对人的眼部、呼吸系统，甚至中枢神经系统等产生强刺激性和腐蚀作用，严重损害人体健康。因此，对ppb级微量硫化氢气体实现超快超灵敏实时探测，在工业生产、环境监测、食品安全检测和医疗健康等领域具有十分重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于氧化铈颗粒修饰的氧化铜纳米线结构的异质气敏纳米材料、制备工艺以及基于异质气敏纳米材料的单根纳米线气体传感器件的制备工艺和应用。