表面摻雜改性三氧化鎢氣敏機(jī)理研究.pdf

1、三氧化鎢材料對NOx、NH3、H2S、H2等氣體表現(xiàn)出良好的敏感特性而得到廣泛的研究。為了滿足人們對氣敏傳感器高靈敏度、低功耗、快速響應(yīng)等需求，常常對WO3材料采用摻雜改性的方法來提高其氣敏特性。目前，WO3氣敏傳感器在實(shí)驗(yàn)方面已有大量研究，但在理論方面關(guān)于氣體敏感機(jī)理的研究甚少，尚未有關(guān)摻雜改性的研究。
　　 本文利用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法對摻雜改性的WO3的氣體敏感機(jī)理進(jìn)行了大量的研究和分析。首先，探索了Ti摻

2、雜WO3(002)面的電子特性，建立Ti摻雜模型時(shí)，分別考慮了Ti替代W6c和W5c兩種情況，計(jì)算結(jié)果表面Ti摻雜W5c具有最低表面能并能形成穩(wěn)定的摻雜結(jié)構(gòu)。分析能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度可得，Ti摻雜引起的帶隙變化和新的電子能帶導(dǎo)致了WO3(002)表面性能發(fā)生了改變。其次，分別研究了Ti-WO3(002)表面NO2、NH3和H2的敏感機(jī)理。在Ti-WO3(002)表面建立氣體吸附模型時(shí)，考慮了4個(gè)頂吸附位點(diǎn)：橋位氧O1c、平位氧O2c，Ti和

3、6配位鎢W6c。NO2和NH3與Ti-WO3表面的最佳吸附模型均為N原子和表面橋位氧O1c相鍵合，而H2吸附的最佳模型有兩種，H原子與平位氧O2c位鍵合模型和與6配位鎢W6c鍵合模型。對各最佳吸附模型氣體吸附前后的表面結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、電子布居等計(jì)算和分析可知，能帶結(jié)構(gòu)、費(fèi)米能級的變化，吸附過程的電子轉(zhuǎn)移是引起氣體吸附后電阻值變化的主要原因，從而揭示了Ti-WO3材料的氣體敏感機(jī)理。最后，分別對比NO2、NH3和H2與未摻雜WO3(002)