本發(fā)明涉及用于各種應(yīng)用(包括氣體感測、光催化和水分解(splitting))的金屬氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、公開的現(xiàn)有技術(shù)專利文獻(xiàn)cn?106814113?a公開了一種基于zno納米棒的半導(dǎo)體氧化物氣體傳感器，在該zno納米棒上生長有cuo顆粒以便提供對h2s的良好敏感性。cuo顆粒均勻地分布在zno納米棒上，并且顯示出在20nm至50nm之間的直徑。與其他氣體如so2、cl2和o2相比，所得氣體傳感器顯示出對h2s的良好敏感性以及良好選擇性，特別是在50℃下。

2、公開的現(xiàn)有技術(shù)專利文獻(xiàn)cn?107537501?a公開了一種用于生產(chǎn)zno/cuo復(fù)合材料的方法，所述zno/cuo復(fù)合材料旨在用于氣體感測、光催化和水分解。zno/cuo復(fù)合材料包括zno基質(zhì)和附著于所述基質(zhì)的表面的cuo納米顆粒的花狀分層結(jié)構(gòu)。cuo納米顆粒的尺寸在10至50nm之間，而zno的分層結(jié)構(gòu)的尺寸在10至20μm之間。

3、rutuja?bhusari,jean-sébastien?thomann,guillot,renaud?leturcq,“morphology?control?of?copper?hydroxide?based?nanostructures?in?liquid?phasesynthesis”,journal?of?crystal?growth,volume?570,2021,126225,issn?0022-0248,https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2021.126225(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0022024821002001)公開了作為用于形成cuo的模板的基于氫氧化銅的納米結(jié)構(gòu)的合成和研究，更特別地，在液相中生長的基于氫氧化銅的納米結(jié)構(gòu)從1d納米線到2d層狀納米片和3d納米晶體的無模板自下而上合成和形狀控制。

4、上述zno/cuo復(fù)合材料的氣體敏感性仍然有限，特別是在室溫或低于200℃的受控溫度下。因此，希望增加這些材料的氣體敏感性和/或選擇性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題

2、本發(fā)明具有克服上述現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)缺點(diǎn)的技術(shù)問題。更具體地，本發(fā)明具有提供具有增加的化學(xué)電阻式氣體敏感性和/或選擇性的金屬氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)的技術(shù)問題。

3、技術(shù)解決方案

4、本發(fā)明涉及一種氣體傳感器，其包括基底；沉積在所述基底上的至少兩個(gè)電極；氣體傳感層，其包括沉積在所述至少兩個(gè)電極上和所述至少兩個(gè)電極之間的所述基底上的zno納米棒，所述氣體傳感層顯示出在與氣體接觸時(shí)變化的電阻率；其中zno納米棒設(shè)置有橫向氧化銅納米片，以便賦予所述氣體傳感層對氣體的敏感性，所述氣體是o2、h2、co、乙醇和no2中的至少一種。

5、形成橫向納米片的氧化銅包括cuo。它還可包括cu2(oh)3cl和cu(oh)2。

6、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，zno納米棒具有在1至10μm之間的長度。

7、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，zno納米棒具有在50nm至600nm之間的直徑。

8、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，zno納米棒沿著縱向軸線延伸，且橫向氧化銅納米片在±15°的公差內(nèi)、優(yōu)選地在±10°的公差內(nèi)垂直于縱向軸線。

9、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，設(shè)置有橫向氧化銅納米片的zno納米棒具有每μm長度的zno納米棒10至100個(gè)橫向cuo納米片的數(shù)量。

10、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，設(shè)置有橫向氧化銅納米片的zno納米棒可通過權(quán)利要求13-18中任一項(xiàng)所述的方法獲得。

11、有利地，氣體傳感器進(jìn)一步包括用于使基底、至少兩個(gè)電極和氣體傳感層處于至少100℃且最高達(dá)250℃的溫度的電阻器尺寸。

12、本發(fā)明還涉及一種金屬氧化物材料，其包括zno納米棒；和附接至zno納米棒的氧化銅顆粒；其中所述氧化銅顆粒是橫向于所述zno納米棒延伸的納米片。

13、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，zno納米棒具有在1至10μm之間的長度。

14、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，zno納米棒具有在50至600nm之間的直徑。

15、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，zno納米棒沿著縱向軸線延伸，且橫向氧化銅納米片在±15°的公差內(nèi)、優(yōu)選地在±10°的公差內(nèi)垂直于縱向軸線。

16、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，設(shè)置有橫向氧化銅納米片的zno納米棒具有每μm長度的zno納米棒10至100個(gè)橫向cuo納米片的數(shù)量。

17、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，設(shè)置有橫向氧化銅納米片的zno納米棒可通過權(quán)利要求13-18中任一項(xiàng)所述的方法獲得。

18、本發(fā)明還涉及一種合成設(shè)置有cu基納米片的zno納米棒的方法，包括以下連續(xù)步驟：(a)制備zno納米棒；(b)將zno納米棒與cu前體在溶液中混合；(c)增加所述溶液的ph，以便在所述溶液中形成cu(oh)2納米線；(d)降低所述溶液的ph，以便在所述zno納米棒上形成cu2(oh)3cl納米片。

19、有利地，所述溶液是水基的(基于水的)。

20、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述方法包括進(jìn)一步步驟：(e)將設(shè)置有cu2(oh)3cl納米片的zno納米棒進(jìn)行退火，以便將cu2(oh)3cl納米片至少部分地轉(zhuǎn)化成cuo納米片。

21、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(e)的退火在至少100℃的溫度下在至少1小時(shí)、優(yōu)選至少2小時(shí)期間實(shí)現(xiàn)。

22、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(e)的退火在至少200℃的溫度下在至少1小時(shí)、優(yōu)選至少2小時(shí)期間實(shí)現(xiàn)。

23、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(c)包括添加naoh以將ph增加到至少12。

24、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(d)包括添加hcl以將ph降低到6至8之間的值。

25、有利地，cu前體包括cucl2。

26、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)

27、本發(fā)明特別令人感興趣的是，它提供了一種金屬氧化物材料和相應(yīng)的氣體傳感器，所述氣體傳感器基本上通過增加每單位金屬氧化物材料與氣體的總接觸表面而顯示出在不同氣體存在下的改善化學(xué)電阻式敏感性。

28、本發(fā)明的金屬氧化物材料的應(yīng)用范圍是寬的，因此不限于氣體感測，并且在氣體感測的情況下，不限于感測獨(dú)特或特定類型的氣體?；瘜W(xué)電阻式氣體傳感器的工作原理是由于化學(xué)氧化還原反應(yīng)引起的電阻變化，并且是基于歐姆定律v＝r·i。當(dāng)目標(biāo)氣體與吸附的氧或與化學(xué)電阻式傳感器表面上的元件相互作用時(shí)，發(fā)生反應(yīng)。這導(dǎo)致材料電阻的變化。金屬氧化物表面與目標(biāo)氣體反應(yīng)的能力取決于表面的性質(zhì)和吸附在表面上的氧物質(zhì)。氧在表面的吸附改變了由金屬氧化物形成的半導(dǎo)體材料的電阻。

技術(shù)特征：

1.一種氣體傳感器(8；108)，其包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器(8；108)，其中所述zno納米棒(2)具有在1至10μm之間的長度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中的一項(xiàng)所述的氣體傳感器(8；108)，其中所述zno納米棒(2)具有在50至600nm之間的直徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(8；108)，其中所述zno納米棒(2)沿著縱向軸線延伸，且所述橫向氧化銅納米片(6)在±15°的公差內(nèi)、優(yōu)選地在±10°的公差內(nèi)垂直于所述縱向軸線。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(8；108)，其中設(shè)置有橫向氧化銅納米片(4；6)的所述zno納米棒(2)具有每μm長度的zno納米棒10至100個(gè)之間的所述橫向氧化銅納米片的數(shù)量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(8；108)，其中設(shè)置有橫向氧化銅納米片(4；6)的所述zno納米棒(2)可通過權(quán)利要求13至18中任一項(xiàng)所述的方法獲得。

7.一種金屬氧化物材料，其包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬氧化物材料，其中所述zno納米棒(2)具有在1至10μm之間的長度。

9.根據(jù)權(quán)利要求7和8中的一項(xiàng)所述的金屬氧化物材料，其中所述zno納米棒(2)具有在50至600nm之間的直徑。

10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的金屬氧化物材料，其中所述橫向氧化銅納米片(6)在±15°的公差內(nèi)、優(yōu)選地在±10°的公差內(nèi)垂直于所述的zno納米棒的所述縱向軸線。

11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的金屬氧化物材料，其中設(shè)置有橫向氧化銅納米片(4；6)的所述zno納米棒(2)具有每μm長度的zno納米棒10至100個(gè)之間的所述橫向氧化銅納米片的數(shù)量。

12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的金屬氧化物材料，其中設(shè)置有橫向氧化銅納米片(4；6)的所述zno納米棒(2)可通過權(quán)利要求13至18中任一項(xiàng)所述的方法獲得。

13.一種合成設(shè)置有cu基納米片的zno納米棒的方法，包括以下連續(xù)步驟：

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括以下進(jìn)一步的步驟：

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中步驟(e)的退火在至少100℃的溫度下在至少1小時(shí)、優(yōu)選至少2小時(shí)期間實(shí)現(xiàn)。

16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中步驟(e)的退火在至少200℃的溫度下在至少1小時(shí)、優(yōu)選至少2小時(shí)期間實(shí)現(xiàn)。

17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(c)包括添加naoh以將ph增加到至少12。

18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(d)包括添加hcl以將ph降低到6至8之間的值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種金屬氧化物材料，其包括ZnO納米棒(2)和橫向于ZnO納米棒(2)延伸的氧化銅納米片(4；6)；一種用于合成所述金屬氧化物材料的方法；和一種氣體傳感器，所述氣體傳感器包括：基底；沉積在所述基底上的至少兩個(gè)電極；氣體傳感層，其包括沉積在所述至少兩個(gè)電極上和所述至少兩個(gè)電極之間的所述基底上的ZnO納米棒，所述氣體傳感層顯示出在與氣體接觸時(shí)變化的電阻率；其中ZnO納米棒設(shè)置有橫向CuO納米片，以便賦予所述氣體傳感層對氣體的敏感性，所述氣體是O<subgt;2</subgt;、H<subgt;2</subgt;、CO、乙醇和NO<subgt;2</subgt;中的至少一種。

技術(shù)研發(fā)人員：R·勒圖爾克,J-S·托曼,R·布薩里
受保護(hù)的技術(shù)使用者：盧森堡科學(xué)技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6