同步辐射X射线原位实时表征技术对半导体气敏传感器机理的研究

In recent years, real-time and online detection of toxic, harmful or explosive gases is becoming more and more urgent with the development of industrial technology and the improvement of the quality of human life. Developing low cost and high-performance gas sensing materials is critical to the gas sensing application. One of the key scientific issues in the research field of gas sensor is how to establish real-time in-operando characterization methods under different atmosphere conditions to study the gas sensing mechanism under working conditions. The project, based on In-situ synchrotron X-ray spectroscopic technique, is to establish the in-situ method to investigate the sensing mechanism of gas sensor, especially the heterojunction gas sensor in working conditions, and study electronic states of interface materials and their evolution in real working conditions. The results will help us better understand Interface effects, function and working mechanism of heterojunction gas sensor. The proposal of the project builds a research method of gas sensing mechanism based on synchrotron radiation technology and provide an effective method for solving the key scientific problems in the field of gas sensor, which has important theoretical and practical significance for the better development of high performance gas sensor.

随着工业技术发展和人类生活质量的提高，实时在线检测大气、家庭和各种生产活场所的有毒、有害或易爆炸气体的要求越来越迫切，开发成本低、高性能的气敏传感材料成为趋势。建立和发展不同气氛条件下的原位实时表征方法，利用有效的表征测试手段对气敏传感机理进行研究，是目前气体传感研究领域最需要突破的关键科学问题之一，具有非常重要的科学基础和工程应用意义。本项目基于同步辐射光源表征技术，以异质结气敏传感机理为研究对象，建立对异质结气体传感器中界面的原位实时的研究方法，特别是器件在工作条件下的表征方法，研究异质结气体传感器件中界面材料的表面状态及其在实时工作条件下的变化，阐明异质结气体传感器件的界面作用、功能及工作机理。本项目的提出，构建了基于同步辐射原位表征技术的气体传感机理研究方法，为解决气敏传感领域中的关键科学问题提供了有效的实验途径，对更好的开发高性能气敏传感器件具有重要的理论和实际意义。

随着工业技术发展，人类对生活质量的要求逐渐提高。实时在线检测大气、家庭和各种生产活场所的有毒、有害或易爆炸气体的要求越来越迫切，开发成本低、高性能的气敏传感材料成为趋势。建立和发展不同气氛条件下的原位实时表征方法，利用有效的表征测试手段对气敏传感机理进行研究，是目前气体传感研究领域最需要突破的关键科学问题之一，具有非常重要的科学基础和工程应用意义。本项目基于同步辐射光源表征技术，以异质结气敏传感机理为研究对象，建立对异质结气体传感器中界面的原位实时的研究方法，特别是器件在工作条件下的表征方法，研究异质结气体传感器件中界面材料的表面状态及其在实时工作条件下的变化，阐明异质结气体传感器件的界面作用、功能及工作机理。本项目的提出，构建了基于同步辐射原位表征技术的气体传感机理研究方法，为解决气敏传感领域中的关键科学问题提供了有效的实验途径，对更好的开发高性能气敏传感器件具有重要的理论和实际意义。本项目开发设计了多种金属氧化物半导体异质结气敏材料，构建了气敏传感器原型器件及样品台，研究测试不同传感器件气敏传感性能，并采用近常压光电子谱原位表征技术，研究在工作条件下气敏材料表面电子结构信息；结合吸收谱技术研究气敏材料在工作条件下的体相电子结构信息。研究不同气体氛围下、不同压力下气敏传感材料的电子结构，阐明气体传感器材料与气体的界面作用和吸附-脱附机制，通过原子尺度的原位同步辐射技术揭示异质结气敏传感机理。在本项目资助下，已发表SCI论文11篇，包括Nat. Commun. 1篇，Adv. Funct. Mater. 2篇，J. Mater. Chem. C 2篇，Adv. Mater. Technol. 1篇，RSC ADV 1篇，ACS Appl. Energy Mater. 1篇，J Energy Storage 1篇，Nano-micro lett 1篇，ACS Appl. Mater. Interfaces 1篇。