[发明专利]基于量子点复合材料的室温NO2

说明书

一种基于ZnO微球与CsPbBr₃量子点异质结构复合材料的室温NO₂传感器及其制备方法，属于半导体氧化物气体传感器技术领域。由带有金属叉指电极的陶瓷片衬底和涂覆在金属叉指电极上的ZnO微球与CsPbBr₃量子点异质结构复合材料敏感层组成。氧化锌形貌为球体结构，具有较大的比表面积，能提供较多的附着位点，从而与尺寸较小的钙钛矿CsPbBr₃量子点充分接触，从而获得具有较好气敏响应、较快响应恢复速度的气敏元件。此外，CsPbBr₃量子点作为极佳的光电材料，能吸收可见光，从而提供更多的光生载流子。本发明所述传感器采用平面式结构，工艺简单，制作周期短，适于大批量生产。

技术领域

本发明属于半导体氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于ZnO微球与CsPbBr₃量子点异质结构复合材料的室温NO₂传感器及其制备方法。

背景技术

NO₂作为一种有毒气体，主要来自于高温燃烧，如汽车尾气、锅炉废气以及工业废料。它是光化学烟雾的前驱体，同时也是酸雨的成因之一，对大气中的水循环以及自然植物的生长来了许多严重问题。此外，当NO₂形成的亚硝酸盐进入血液后，与血红蛋白结合生成高铁血红蛋白，能够引起组织缺氧。因此，NO₂的存在严重威胁着人类的日常活动和身体健康，对于高灵敏度、高选择性的NO₂气体传感器的研究具有十分重要的意义。

近十几年来，基于室温下工作的金属氧化物半导体气体传感器具有能耗低、长期稳定和安全可靠等优点，从而引起了研究者们极大的兴趣。目前，可以通过表面形态修饰、加入贵金属或过渡金属、以及光辅助三种常用方法来降低工作温度。相比较而言，光辅助是一种很有希望实现气体传感器在室温下工作并获得良好性能的方法。它能提供电子从半导体价带跃迁到导带所需要的能量，产生大量光生载流子。目前，一些带隙较窄的材料如金属卤化物钙钛矿在太阳能电池、探测器和激光器等光电子领域的应用非常广泛，但在气体传感领域应用较少。因此，对于其在该领域中合适的应用需要进一步探索。

金属卤化物钙钛矿具有载流子迁移率高、扩散长度长、光吸收系数高等优点，近年来作为光伏材料在许多领域迅速兴起。虽然也有少量实验结果说明钙钛矿也可应用在气敏中，但值得注意的是，使用纯钙钛矿作为气敏层也暴露诸多缺点，如响应低、重复性低，以及不具备长期稳定等。考虑到这一点，可以简单地将钙钛矿作为光敏材料，在金属氧化物半导体等传统气敏材料表面(例如ZnO)起修饰的作用，从而在室温光辅助条件下获得性能优异的传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ZnO微球与CsPbBr₃量子点异质结构复合材料的室温NO₂传感器及其制备方法。

本发明在传统的气体传感金属半导体氧化物表面进行了改性，实现了室温下可见光激发下的工作。即将窄带隙的钙钛矿作为一种光敏材料可以吸收可见光并产生大量光生载流子，而金属氧化物作为一种气敏材料完成了气敏过程。

本发明所述的一种基于ZnO微球与CsPbBr₃量子点异质结构复合材料的室温NO₂传感器，由带有金属叉指电极的陶瓷片衬底和涂覆在金属叉指电极上的敏感材料组成，其特征在于：敏感材料为ZnO微球与CsPbBr₃量子点异质结构复合材料，其由如下步骤制备得到，