微/纳米结构有序多孔膜的等离子体辅助合成及其气敏的结构调控

基于单层胶体晶体在液体介质中的可转移特性，提出一种等离子体侵蚀辅助合成策略，在常规传感器衬底上（如：陶瓷管或陶瓷片等）直接合成单层、多层微/纳米结构多孔薄膜，研究其相应的气敏特性。主要包括:研究不同结构参数的多孔薄膜的合成与控制，探究等离子体侵蚀形成半导体氧化物的机理；系统研究薄膜中单元排列周期、孔尺寸和形态，薄膜层数对气敏特性的影响；考察离子掺杂对多孔薄膜气敏选择性的影响行为；探索薄膜结构对气敏参数的调控、薄膜的气敏增强机理等。旨在发展微/纳米结构多孔薄膜可控合成方法，通过微结构改变实现薄膜气敏参数在较大范围的按需调控；揭示多层多孔薄膜结构、成分和气敏参数之间的关联，深究其机理。本项目的实施，不仅可为新型微/纳米结构气敏器件提供新的设计思想，而且为微/纳米结构多孔薄膜在气敏传感方面的器件化提供材料基础与近期可实现性。

按照项目任务书中的研究计划，着重研究了基于模板浸渍法的微纳米结构多孔薄膜的制备表征及其相应的气敏特性。 经过三年的努力,业已发表 SCI 收录论文6篇，受邀撰写英文书目章节两章，申请国家发明专利一项，获授权的国家发明专利3项，参加国际学术会议并做报告1次。所取得的主要研究成果如下：.1．双元胶体晶体模板的设计与合成：对多元有序多孔薄膜的合成，多元胶体晶体模板(即由不同直径胶体球构成)的制备是关键。基于合成单层有序胶体晶体模板的经验，发展了一种气/液界面组装法一步合成双元胶体晶体，通过理论计算与模拟，建立了二元胶体晶体的相图与稳定性范围图，为各种二元胶体晶体的结构设计与精确控制制备提供了清晰的指导与实现途径。.2．基于等离子体辐照法合成的无裂纹有序多孔薄膜及其气敏增强特性：为改善退火所导致的薄膜开裂问题，降低其电阻，提高灵敏度，发展了一种低温氧等离子体辐照策略，基于模板浸渍法，原位合成了无裂纹金属氧化物有序孔阵列薄膜，发现此种方法合成的薄膜具有更高的灵敏度和稳定性，并且对丙酮气体的检测限达到了100ppb。.3．大孔-介孔膜及其吸附性能研究：为提高薄膜的灵敏度，基于胶体晶体模板与溶液法，制备了孔径大小可控的大孔-介孔碳、氮化碳膜，发现通过表面修饰可实现其对有机气体分子的选择性吸附。.4．其他微纳米结构材料的制备与性能探索：采用液相脉冲辐照法合成了氧化锌和银微米纳米结构，发现氧化锌对苯胺具有较强的吸附能力，而银表现出很好的电化学性能；采用超声法对半导体纳米颗粒的电子结构实现了可控微调，发现其相应的光分解水能力提高。. 总之，我们重点研究了微纳结构有序多孔薄膜的制备及其气敏、吸附特性，初步探索了液相激光烧蚀及超声方法合成微纳米结构及其电化学性能，这将为以后全面开展微纳结构在气敏和光电化学应用方面奠定良好基础。