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我院半导体气体传感器研究成果在Nano-Micro Letters上发表

作者: 时间:2020-07-06 点击数:

今年五月,光学与电子信息学院刘欢教授课题组题为“MoS2 Nanosheets Sensitized with Quantum Dots for Room‑Temperature Gas Sensors”的论文在Nano-Micro Letters2019年影响因子12.264)发表,并当选该杂志第五期封面。光学与电子信息学院2016级博士研究生刘竞尧为论文的第一作者,刘欢教授为论文的通讯作者。

 

传感器是支撑新一代物联网和人工智能技术发展所必需的基础器件。利用气体传感器及其仪器仪表可实现易燃易爆、有毒有害气体的现场快速检测与实时监测,在工业生产、环境保护、公共安全等众多领域发挥着重要作用。半导体气体传感器具有灵敏度高和检测对象广的优势,利用各类低维半导体材料及其复合结构降低传感器工作温度是近年来的研究重点。

MoS2为代表的二维层状半导体具有优异的电学特性和光电性能,是新型纳米电子与光电子器件研究领域的热点材料,在室温气体传感领域也得到一定关注。针对MoS2半导体材料边缘活性位点数量有限的问题,刘欢教授课题组提出利用零维半导体量子点(表面富有大量悬挂键以提供气体吸附活性位点)对二维层状半导体气体传感器进行增敏的策略。采用低温溶液法构建出PbS量子点/MoS2纳米片低维半导体复合结构,在室温空气条件下旋涂成膜制备出NO2气体传感器,具有室温灵敏度高、响应恢复速度快、选择性良好的特点。


PbS量子点/MoS2纳米片复合结构形貌

PbS量子点/MoS2纳米片传感机理及气敏性能

研究结果表明,PbS量子点/MoS2纳米片复合结构有效结合了量子点活性位点丰富和MoS2迁移率相对较高的特点,实现了气体吸附活性与载流子输运特性的协同提升,室温气敏效应显著。同时,传感器制备方法及工艺条件温和,利于在实际器件中充分发挥出低维复合半导体结构比表面积大的优势,从而提高室温气敏性能。研究工作展现出硫化物半导体及其低维复合结构应用于发展新型半导体气体传感器的潜力。

研究工作得到国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、国际合作与交流项目以及华中科技大学学术前沿青年团队项目的支持。刘欢教授课题组以解决半导体气体传感器的“高温”弊端、突破功耗与集成瓶颈为目标,围绕“气敏效应产生与调控”科学问题,选择胶体量子点为主攻方向,利用胶体量子点独特的表面效应、尺寸效应与可溶液加工特性,构建出基于胶体量子点气敏效应的新型传感器,拓展了低功耗半导体气体传感器研究体系与技术途径,致力于实现高灵敏度、高可靠性智能气体传感器芯片与片上人工嗅觉系统。目前正与德国图宾根大学Nicolae Barsan研究组合作,采用多种原位分析方法进行联用分析,从分子、原子和电子层面揭示硫化物量子点的气体分子感知与导电机理,推进半导体气体传感器技术的理论研究与应用开发。

论文信息:Jingyao Liu, Zhixiang Hu, Yuzhu Zhang, Hua-Yao Li, Naibo Gao, Zhilai Tian, Licheng Zhou, Baohui Zhang, Jiang Tang, Jianbing Zhang, Fei Yi, Huan Liu*. Nano-Micro Lett. 12, 59 (2020). https://doi.org/10.1007/s40820-020-0394-6

论文链接:https://doi.org/10.1007/s40820-020-0394-6

Nano-Micro Letters是上海交通大学主办、上海交通大学出版社有限公司出版、Springer Nature合作出版的开放获取(Open Access)英文学术期刊,报道与纳米/微米尺度相关的高水平研究成果、综述、评论及展望等类型的文章,旨在推动纳米/微米科技的创新发展。2019JCR影响因子为12.264,在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前15%),影响因子在中国大陆地区253SCI期刊中排名第六。


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