具有干涉条纹的纳米多孔TiO2的制备与气体传感器特性的研究

Due to significant application in protecting environmental pollution, gas sensors with high detectivity have attracted extensive research interest lately. This proposal aims to investigate chemical sensors based on the nanoporous TiO2 with excellent optical interference fringes. We will synthesize different kinds of nanoporous TiO2 material with distinct interference fringes using anodization、mechanical pretreatment and surface modification method. Through analyzing the adsorption process of various organic gases within nanoporous TiO2 with different morphologies and surface properties, the main factor that affects the sensitivity of the device will be clearly revealed. What’s more, to further realize the identification of individual vapors, time-resolved reflectivity spectrum of the nanoporous TiO2 interferemeter will be measured. At last, by investigating the capillary condensation effect, we will reveal the working mechanism of the optical sensors, which will be instrumental to the improvement of device performance. This project will undoubtedly expand the applications of the existing nanomaterials and promote the development of a new-generation of high performance optical sensors.

高灵敏的气体传感器由于在防治大气污染中的重要作用，近些年受到人们的广泛关注。本项目以一种具有法布里-帕罗干涉条纹的多孔二氧化钛气体传感器为研究对象。我们将利用阳极氧化、并结合机械前处理和表面修饰等方法，制备多种具有干涉条纹的多孔二氧化钛纳米材料。通过分析具有不同形貌结构和表面性质的多孔二氧化钛纳米材料对有机物分子的吸附特性，详细阐明影响吸附灵敏度的主要因素。此外，还将以多孔二氧化钛纳米材料作为干涉仪，测定不同有机物分子的时间分辨反射光谱，实现传感器对不同有机物分子的定性分析。最后，基于气体在纳米孔内的毛细管浓缩效应的研究，深刻阐述传感器的工作机制，并为提高气体传感器的性能提供理论依据。本项目的开展，将有助于扩展现有纳米材料的应用范围，促进新一代结构新颖的纳米光学传感器的发展。

高性能的气体传感器及光电器件因其巨大的应用价值，近些年受到广泛关注。首先，本项目利用阳极氧化法制备了多种具有干涉条纹的多孔纳米材料（TiO2，Fe2O3），通过分析具有不同形貌结构的多孔纳米材料对有机物分子的吸附特性，详细阐明影响吸附灵敏度的主要因素及主要工作机制，为提高气体传感器的性能提供实验和理论依据。其次，本项目还探讨了低维无机半导体材料在光电器件领域的应用。针对光电导性探测器的响应速度较慢，且响应度较小等缺点，创造性的提出了一种新型的石墨烯-半导体异质结纳米探测器。利用光捕获技术，通过在纳米光探测器的器件中引入具有陷光效应的纳米管或棒阵列，或者具有表面等离子体效应的贵金属颗粒，改善器件对入射光的吸收，优化器件的性能。最后，对钙钛矿薄膜组成的高性能光电器件进行了初步研究，这种基于钙钛矿材料的可见光探测器具有响应范围宽、比探测率高、响应速度超快的特性，有望在高性能光电探测领域得到很好地应用。