[发明专利]一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体气敏元件技术领域，特别涉及一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器及其制备方法。

背景技术

氢气是一种重要的能源材料，在生产生活中具有广泛的应用。但氢气是易燃易爆气体，在使用和储存场合对其进行及时地检测和监控，是非常必要的。目前使用的氢气传感器主要有固态电解质传感器，催化传感器和半导体氧化物传感器。其中，二氧化钛作为一种常用的半导体材料，在对氢气等还原性气体的检测方面受到广泛的关注。二氧化钛纳米管以其较大的比表面积和尺寸效应，有很大的应用前景。

Grimes等(J.Mater.Res.，Vol.16：3331-3335)于2001年利用阳极氧化法，首次在钛箔上制备出高度有序的二氧化钛纳米管阵列。关于二氧化钛纳米管的制备以及性能的研究也因此成为关注的焦点。K.Varghese等(Sensors and ActuatorsB93：338–344)于2003年，将二氧化钛纳米管应用于氢气传感器，发现其具有较好的氢敏性能。随后关于改性二氧化钛纳米管对氢气敏感性的研究越来越多。2004年，Grimes等(J.Mater.Res.，Vol.19：628-634)利用钯片作电极掺杂的二氧化钛纳米管，在室温下得到较好的氢气敏感性，但其恢复缓慢。

2008年，Gennadiy V.Kamarchuka等(Sensors and Actuators B 134，1022–1026)利用金和单壁碳纳米管的异质点接触开发了一种新型的传感器，其表现出很高的敏感性及其较短的响应和回复时间。因此，点接触已经成为了纳米传感领域的一个新观念。

申请号为200710168368.9的中国专利申请公开了“一种半导体氧化物气敏元件制备方法”，克服了传统工艺材料制备与元件制作分离的缺点。但是，在已经报道的关于二氧化钛纳米管阵列氢敏传感器存在着界面接触不良的问题，导致传感器的稳定性低，灵敏度低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器及其制备方法。本发明提供的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器稳定性高，灵敏度好。

本发明提供了一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，包括金属钛箔、垂直分布于所述金属钛箔单面的TiO₂纳米管阵列、附着于所述TiO₂纳米管内壁和外壁上的钯纳米颗粒以及分别电连接于金属钛箔和TiO₂纳米管阵列表面的两个银电极。

优选的，所述TiO₂纳米管阵列中单个TiO₂纳米管的长度独立地为1～3μm，TiO₂纳米管的外径独立地为100～150nm，TiO₂纳米管的壁厚独立地为20～30nm。

优选的，所述钯纳米颗粒的粒径为5～20nm。

优选的，按质量计，所述钯纳米颗粒在TiO₂纳米管上的修饰量为0.5～2％。

优选的，所述金属钛箔的厚度为0.1～1mm。

本发明提供了一种上述技术方案所述钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)以金属钛箔为阳极，在醇溶液中进行阳极氧化，得到表面氧化钛箔；

(2)将所述步骤(1)得到的表面氧化钛箔进行退火，在金属钛箔表面形成TiO₂纳米管阵列；

(3)将所述步骤(2)得到的TiO₂纳米管阵列表面沉积金属钯，在金属钛箔表面形成钯纳米颗粒修饰的TiO₂纳米管阵列；

(4)在所述步骤(3)得到的钯纳米颗粒修饰的TiO₂纳米管阵列和所述金属钛箔表面分别引出一个银电极，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器。

优选的，所述步骤(1)中阳极氧化的电压为20～60V，阳极氧化的时间为10～60min。

优选的，所述步骤(2)中退火的温度为400～600℃，退火的时间为50～70min。

优选的，所述步骤(3)中的沉积为紫外光诱导沉积。

优选的，所述紫外光诱导沉积的条件包括：紫外光波长为254～365nm，紫外光的强度为0.5～5mW/cm²，电流密度为0.5～5mA·cm^-2，紫外光诱导沉积的时间为10～60s。