Soft-lithographically line-patterned In-doped ZnO quantum dots with hydrothermally grown ZnO nanocolumns for acetone detection

ty10086 提交于 周四, 08/26/2021 - 12:40
文章英文标题
Soft-lithographically line-patterned In-doped ZnO quantum dots with hydrothermally grown ZnO nanocolumns for acetone detection
正文
我们介绍了一种基于金属氧化物半导体增强传感器传感性能的新方法。我们采用水热法合成了In掺杂ZnO量子点( IZO QDs ),并用聚二甲基硅氧烷( PDMS )模具制备了线型IZO QD层。另外进行水热生长,在花纹表面生成ZnO纳米柱( NCs )。因此,制备了生长0.5   h ( NC ( 0.5   h ) / Line )和4   h ( NC ( 4   h ) / Line )的滴铸和线纹传感器和线纹样品。在这4种不同的传感器中,NC ( 0.5   h ) / Line传感器表现出2.6万的优良响应,对10   ppm丙酮的快速响应时间小于1   s。此外,丙酮的检出限约为0.1   ppm,经过重复性试验,其电阻几乎不变。UV-vis和X射线光电子能谱分析表明,NC ( 0.5   h ) / Line的超常传感特性主要是由于该传感器具有最大的光能和最高的氧空位比。另一方面,NC ( 4 h ) / Line传感器显示了4个传感器的最低响应。在NCs的长期生长过程中,材料表面产生OH基团,形成Zn ( OH ) 2 NCs代替ZnO NCs,导致载流子浓度和活性位大幅度下降。总之,我们通过构造特殊的形貌,研制了高灵敏度的丙酮传感器。
文章内容(英文)
We introduced a new approach to enhance the sensing performance of sensors based on metal oxide semiconductors. We synthesized In-doped ZnO quantum dots (IZO QDs) by a hydrothermal method and fabricated line-patterned IZO QD layers with polydimethylsiloxane (PDMS) molds. Additional hydrothermal growth was conducted to create ZnO nanocolumns (NCs) on the patterned surfaces. Thus, drop-cast and line-patterned sensors and line-patterned samples with NCs grown for 0.5 h (NC(0.5 h)/Line) and 4 h (NC(4 h)/Line) were prepared. Among these four different sensors, the NC(0.5 h)/Line sensor exhibited an excellent response of 26,000 with fast response times of less than 1 s to 10 ppm of acetone. In addition, the detection limit was approximately 0.1 ppm of acetone, and the resistance was almost constant even after repeatability tests. According to UV–vis and X-ray photoelectron spectroscopic analyses, the extraordinary sensing characteristics of NC(0.5 h)/Line were mainly because this sensor had the largest optical band energy and the highest ratio of oxygen vacancies among the tested sensors. On the other hand, the NC(4 h)/Line sensor showed the lowest response of the four sensors. During the long-term growth of NCs, OH groups are produced on the surface of the material, and Zn(OH)\u003csub\u003e2\u003c/sub\u003e NCs are formed instead of ZnO NCs, resulting in a large decrease in the carrier concentration and active sites. In conclusion, we developed highly sensitive acetone sensors by constructing special morphologies.
来源出处
Journal|[J]Sensors and Actuators B: Chemical2020. PP 129131-
DOI
https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.129131

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