氧化镓纳米线的高温传感性质研究

纳米线材料与众不同的特性之一是其活性表面与体积比，一般纳米线的直径在数十纳米以下，因此表面层占据巨大的比例，这种特性是气体传感器电子器件的最佳选项，因为其巨大的表面层暴露在环境气氛中，具有非常高的气体敏感度，可以对极低的气体浓度做出快速响应。氧化镓纳米线是一种非常理想的高温气体传感材料，因为它即可以检测氧化性气体如CO，也可能检测到还原性气体如NO等，是最佳的汽车尾气传感器件的候选材料。本项目拟在前期制备工作的基础上开展氧化镓纳米线的掺杂改性以调制其电导与传感温度范围；研究作为高温气体传感的机理，提高检测灵敏度；优化制备工艺，获得图形化的最优化的氧化镓纳米线阵列；克服高温带来的接触不良的困难，解决电极与纳米线阵列的接触问题。针对汽车尾气的原位检测需求制备出基于单根氧化镓纳米线、图形化氧化镓纳米线阵列的高温气体传感器实验室原型，目标是能够应用于汽车尾气的原位实时高灵敏检测。

氧化稼是一种宽禁带半导体材料，在室温下几乎绝缘，但随着温度的升高，其电导随点缺陷（主要是氧空位、间隙氮等） 浓度的改变而指数地增加，因此被认为是一种很有前景的高温气体传感器候选材料。本项目既是朝这个方向做了一些探索。我们是国际上第一个制备出氧化稼纳米线的研究小组（H. Z. Zhang et al., Solid State Communications, 1999），在本项目中，我们首先集中对导电指叉形电极上可控地制备出图形化的氧化稼纳米线阵列,重点是优化制备工艺，控制纳米线的直径大小、密度、电极跨度，以及掺杂提高导电性等，在此方面我们申请了一个国家专利“氧化镓纳米线阵列的图形化制备技术”；其次，我们着重研究了不同导电电极材料上生长氧化稼纳米线阵列的优势和不足，第一种方案是在图形化的金、钛金合金、钨、钼高温金属电极上催化生长出氧化稼纳米线阵列，分析其导电性、耐高温性、对氧化、还原气氛的响应；第二种方案是先在衬底上生长出氧化稼纳米线连续薄膜，然后再通过光刻方法在氧化稼纳米线连续薄膜上加工出电极，比较了上述两种方案的优缺点。通过本项目的实施，为后续研究提供了科学依据。相关论文正在撰写、整理中。.本项目遇到的最大挑战是金、钛金等电极不耐高温，而钨、钼等高温金属极难加工成电极。