胶体量子点室温气体传感器的性能调控及机理研究

基本信息
批准号:61571206
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:刘欢
学科分类:
依托单位:华中科技大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张道礼,张建兵,王保存,宋志龙,李敏,徐宋曼,张文楷,王阳,于号雄
关键词:
气敏机理氧化锡室温气体传感器胶体量子点
结项摘要

With the increase of economy development and environmental protection consciousness, the low-cost and high-efficiency detection of ppb-level toxic gas has become the focus of our society. Room-temperature semiconductor gas sensors possess the ease of integrating and networking. Nevertheless the manipulation of their gas adsorption activity and charge transport remains challenging for its application. Based on our prior work, this project will design and develop room-temperature gas sensors by employing colloidal quantum dots (CQDs), a highly tunable material with extremely small crystal size and superb room-temperature processability. Specifically, we will control the point defects and surface states of SnO2 and PbS CQDs through the control over their composition, crystal size, morphology and the lattice plane, and through the surface modification introduced in CQD solutions and films. We will approach suitable gas adsorption activity with higher electron transfer and transport capabilities through the optimization of device structure and interface by employing heterostructures and porous microstructure, electrode design and hydrophobic surface filter. We will also conduct a comprehensive study on the physical and chemical properties of the CQD sensing layer under real gas atmosphere using electrical, opto-electronic and optical characterization methods and theoretical calculation to elucidate the gas-sensing mechanism by building a theoretical model detailing the mechanisms of charge generation, transfer and transport. The goal is to achieve a balance between the response activity and the recoverability and stability, and hence develop high-performance CQD gas sensors capable of detecting ppb-level gases such as NO_2 and SO_2 at room temperature.

随着经济发展和环保意识的提高,ppb级低浓度毒害气体的低成本高效检测成为社会关注的焦点,室温半导体气体传感器具有易于集成和组网的特点,如何对其气体吸附活性和载流子传输特性进行合理调控是亟待突破的关键科学问题。本项目拟在前期工作基础上,利用胶体量子点晶粒细小、室温成膜性好且物化特性可控的特点,通过氧化锡、硫化铅等胶体量子点的可控合成与表面修饰,调节量子点组分、尺寸、形貌和晶面结构来控制点缺陷和表面态,采用气敏层异质复合与多孔化、电极设计和表面疏水滤透膜等手段优化传感器各功能层结构及界面,使之对目标气体具备合适的吸附活性和更高的电荷转移及传输能力,尝试利用电学、光电和光学原位表征分析量子点物化特性随气体的变化并辅以理论计算,围绕电荷产生、转移和传输建立理论模型阐明室温气敏机理,突破协同调控传感器室温气敏响应活性与恢复特性以及稳定性的关键技术,获得适于ppb级NO2和SO2等检测的室温传感器。

项目摘要

室温半导体气体传感器研究对于发展高灵敏、低功耗气体检测技术具有重要意义。本项目提出利用胶体量子点晶粒细小、室温成膜性好且物化特性可控的特点构建新型室温气体传感器。围绕传感器气体吸附活性与载流子传输特性的合理调控这一核心科学问题,研究并掌握有效调控胶体量子点气体传感器性能的关键技术和机理,设计并制备出适于检测ppb级毒害性气体的室温气体传感器。主要研究结果:(1)研究并掌握SnO2、PbS等胶体量子点可控合成与表面修饰技术,结合传感器各功能结构与界面的优化,设计并制备出适于ppb级NO2、H2S等气体检测的室温气体传感器;(2)以系统的实验为基础,结合电学、光电和光学等原位表征分析并辅以理论计算,建立了传感器理论模型,从电荷产生、转移和传输的角度初步阐明量子点室温气敏机理,为室温气体传感器的设计与制备提供了理论参考。通过本项目的研究,构建出基于胶体量子点气敏效应的新型传感器,拓展了低功耗半导体气体传感器研究体系与技术途径,为发展支撑新一代环境物联网和人工嗅觉系统的智能气体传感器打下了基础。相关研究结果以项目负责人为第一或通讯作者发表SCI论文11篇(第一标注7篇),申请中国发明专利4项(1项已授权),培养毕业博士2人、硕士5人。项目负责人受邀在国内外作相关学术报告6次,组织国际会议2次;2017年获第12届亚洲化学传感器大会(ACCS)青年科学家奖,2019年获得国家优秀青年科学基金项目。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

DOI:10.14188/j.1671-8844.2019-03-007
发表时间:2019
3

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
4

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
5

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

DOI:10.11834/jrs.20209060
发表时间:2020

刘欢的其他基金

批准号:11801525
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51506064
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51903010
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61006012
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31301059
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51901068
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71861027
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:91544110
批准年份:2015
资助金额:60.00
项目类别:重大研究计划
批准号:41676082
批准年份:2016
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:81202200
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31901648
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81400477
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21872002
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:81401801
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41602103
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41302007
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41902032
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20601005
批准年份:2006
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21805011
批准年份:2018
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71802009
批准年份:2018
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81801743
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41006050
批准年份:2010
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41904164
批准年份:2019
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21574005
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:71101078
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71904167
批准年份:2019
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81771057
批准年份:2017
资助金额:54.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

高性能室温NO2气体传感器的研究

批准号:61903159
批准年份:2019
负责人:张博
学科分类:F0306
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
2

量子点栅敏场效应晶体管型氢气传感器性能调控及机理研究

批准号:61904062
批准年份:2019
负责人:李华曜
学科分类:F0404
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
3

基于单层MoS2的柔性室温压电气体传感器构建及机理研究

批准号:61901249
批准年份:2019
负责人:付永明
学科分类:F0123
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
4

室温工作的氮化物量子点单光子源机理研究

批准号:U1630109
批准年份:2016
负责人:王新强
学科分类:A31
资助金额:64.00
项目类别:联合基金项目