掺氮氧化锌薄膜用于高效乙醇检测
材料科学
2021-12-21 v1 应用物理
摘要
氧化锌作为一种n型半导体金属氧化物(SMO)，一直是检测乙醇蒸气的有前景材料。然而，纯ZnO基乙醇传感器常面临工作温度高、对甲醇的交叉敏感以及抗湿性差等问题。掺杂各种金属离子以改进其乙醇传感性能已被广泛探索为一种有效途径，而阴离子掺杂剂则很少被考虑。本文展示了氮掺杂对ZnO薄膜乙醇传感特性的影响。采用溶胶-凝胶技术并以尿素为氮前驱体合成了氮掺杂ZnO(N-ZnO)薄膜。在宽温度与相对湿度条件下，将N-ZnO薄膜的乙醇传感特性与纯ZnO传感器进行了比较。N-ZnO传感器在较低工作温度(~225 {\deg}C时约99%，而ZnO在250 {\deg}C时约81%)、更快的响应时间(12 s对比ZnO的33 s)、长期稳定性、改善的抗湿弹性以及对乙醇优于甲醇和丙酮的选择性方面均表现出显著更大的乙醇传感响应。利用密度泛函理论(DFT)计算估算乙醇在ZnO与N-ZnO表面的吸附能，对实验观测进行了补充。我们讨论指出，N-ZnO乙醇传感性能提升的微观起源与乙醇分子在氧化物表面的易吸附有关，而氮掺杂原子对ZnO电子性质的修饰促进了这一过程。
引用
@article{arxiv.2112.09889,
title = {Nitrogen incorporated Zinc oxide thin film for efficient ethanol detection},
author = {P. K. Shihabudeen and Mina Yaghoobi Notash and Jaber Jahanbin Sardroodi and Ayan Roy Chaudhuri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.09889},
year = {2021}
}