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用扫描电镜来了解基于纳米线的气体传感器

 发布时间:2017-12-20 点击量:1487

纳米线广泛应用于电子领域。通常用于晶体管,并在效率方面有巨大优势,因为它们的高纵横比可以很好地控制通道电流。纳米线在用作蛋白质和化学传感器时也被广泛研究。通过改进和开发新的制造方法,研究人员正在探索更新更的基于纳米线的气体传感器。在这篇博客中,讨论扫描电镜如何帮助表征纳米线和了解其气体感知行为。

 

用作气体传感的纳米线

 

一篇具有启发性的文章(X. Chen et al., Sensors and Actuators B: Chemical, 177 (2013): 178-195. )详细描述了基于纳米线的气体传感器的制造流程,配置,工作原理。它们通常具有高灵敏度和响应时间迅速、高选择性和高稳定性。纳米线重量轻,具有低功耗、无线通信能力和低温操作性,使它们适合广泛应用。纳米线的合成包括几项技术,可分为两大类:

 

  • 自上向下的方法,首先从一个尺寸大的物体开始,然后再降到纳米级;
  • 自下向上的方法,从单个原子和分子开始构建所需的纳米结构。

 

S*SI纳米传感器:湿度和二氧化碳传感领域

 

K. Mistewicz等人 (Nanoscale Research Letters(2017)12:97)研究了S*SI纳米线作为传感器,对氮气的湿度和氮气中二氧化碳浓度的适应性。该纳米线运用自下向上的方法制造——由一种含有纳米晶体的干凝胶,用声化学法制成。

 

两种传感器的制造和分析:一种是由矩形S*SI干凝胶的样品制成的混乱的纳米线,如图1所示,还有一种是S*SI纳米线卡在一个衬底上,由稀释的干凝胶制成,如图2所示。

 

在后一种情况下,纳米线通过直流电场辅助技术垂直于电极排列。扫描电镜分析对于确定纳米线传感器的结构和理解其行为是至关重要的。

 

实验结果表明,混乱形态的纳米线在湿度感知方面表现较好,但响应速度较慢。原因在于水分子在纳米线的边界和纳米线之间连接处附近吸收。*次,作者提出了S*SI纳米线对CO2的电响应,即电导率的增加,与干燥凝胶相比,排列的单纳米线更好。了解这种形状的能力对于理解基于纳米线的气体传感器的行为至关重要。

 

图1:排列混乱的S*SI纳米线气体传感器的SEM图像【由K . Mistewicz提供】

 

图2:单向S*SI纳米线气体传感器的SEM图像【由K . Mistewicz提供】

 

 

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