[发明专利]一种气敏材料性能的优化方法

说明书

本发明公开了一种气敏材料性能的优化方法，从气敏材料数据库中选择需优化的气敏材料，将材料特征输入专家数据库检索同类型材料，依据专家数据库信息构建气敏材料气体分子吸附表面或者通过量子力学第一原理计算模拟探索吸附气体分子反应表面，接着通过模拟手段获取完美表面以及含有缺陷表面的气体吸附能，然后利用密度泛函理论‑非平衡格林函数模拟吸附气体分子前后的电流‑电压关系曲线，从而确定优化气敏材料性能所需要表面结构，最终根据以上结果指导实验实现气敏材料性能优化。通过该方法，可以简单快速地获取气敏材料吸附气体分子的能量数据和电流信号数据，大大提升工程技术的研发效率，降低实验人力等成本的支出，具有很强的实用价值。

技术领域

本发明涉及一种气敏材料性能的优化方法，利用该方法能够高效快捷地提升气敏材料的性能，属于传感材料技术领域。

背景技术

随着材料科学理论的不断发展，计算材料学开始在材料设计领域发挥着重要作用。以往对材料性能变化规律的掌握，需要大量的实验支撑，因此不但人力物力消耗较大，而且新材料的研发周期较长。发展新型、高效、快捷的材料性能优化方法，对于推动材料科学及相关产业的发展有重要意义。

气体传感器是通过气敏材料表面吸附气体分子前后，通过测定气敏材料物理化学性能(电阻、电导、热导等)的变化，来监测气体的成分和浓度的器件或装置。与实验室里的气相色谱-质谱仪、质子转移反应质谱仪和光谱仪等精密分析仪器相比，气体传感器具有小型易携带、成本低廉、操作简便、监测快速等优点。近几十年来，经济的快速发展伴随着生态环境的日益恶化，国家和人民对于生产生活中有毒、有害、易燃、易爆气体监测越发重视，对气体传感器提出了更高的要求，也同时促进了气体传感产业的迅猛发展。

为了进一步提升和挖掘气体传感器的应用潜力，满足社会发展各个领域对于气体传感的需求，拓宽其应用范围，提高传感器的响应值、提高选择性、降低最低监测下限、减少功耗、增加结构稳定等是优化传感器的性能的需求。开发价格低廉、制备简单、性能优良的气敏材料，将大大推动我国智能传感领域的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气敏材料性能的优化方法，采用该优化方法可以简单快速地获取气敏材料吸附气体分子的能量数据和电流信号数据，与传统实验方法相比，减少了人力物力支出，同时提高了新材料研发的效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种气敏材料性能的优化方法，包括以下步骤：

(1)获取气敏材料表面特征：从气敏材料数据库中选择需优化的气敏材料，将材料特征，如种类和结构信息输入专家数据库检索同类型材料，若存在同类型材料，依据专家数据库信息构建特定气体分子吸附表面；若不存在同类型材料，通过量子力学第一原理计算模拟探索气体传感过程，构建特定气体分子吸附表面；

(2)获取完美表面以及含有缺陷表面吸附所述特定气体分子的稳定结构及吸附能信息：通过量子力学第一原理模拟手段直接获取所述特定气体分子在不同气敏材料表面的稳定吸附结构及对应的吸附能；

(3)通过第一原理密度泛函理论-非平衡格林函数模拟气敏材料吸附该特定气体前后的I-V曲线，通过电流-电压变化情况，确定不同缺陷对气体敏感材料的传感性能的影响，最终根据以上结果指导实验调节气敏材料吸附表面结构，完成气敏材料性能优化。

在本发明的优化方法中，所述气敏材料数据库和所述专家数据库由文献、模拟以及实验所积累的数据组成，主要包括气敏材料吸附气体分子结构、吸附能和I-V曲线等信息。这些信息可直接实验获得，或通过第一原理密度泛函理论-非平衡格林函数等计算模拟方法获得。

在本发明的优化方法中，将所述步骤(3)中经性能优化的气敏材料的材料特征存储到专家数据库。