基于WO?-1wt%In?O?-1wt%Nb?O?的氮氧化物检测器：具有最先进选择性与ppb级灵敏度

摘要： 快速、灵敏且精准地检测一氧化氮（NO）对环境监测及通过呼吸测试进行早期疾病诊断等诸多应用至关重要。有效的检测系统需要能检测十亿分之一（ppb）级NO气体的传感器，且该系统应具备高度抗干扰选择性。为实现这些目标，我们成功制备了一系列基于本征WO?、单添加剂掺杂WO?（通过掺杂In?O?或Nb?O?制得）以及双添加剂掺杂WO?（通过掺杂In?O?和Nb?O?合成）的氧化物气体传感薄膜。通过分析气体传感器的灵敏度、选择性、响应度和恢复时间等特性，我们发现WO?-1wt%In?O?-1wt%Nb?O?相比本征WO?、WO?-In?O?和WO?-Nb?O?具有压倒性优势。当NO浓度低至20 ppb时，WO?-1wt%In?O?-1wt%Nb?O?传感器的传感响应值达到2.4。在70°C下，该传感器对100 ppb NO气体实现了高达56.1的响应值，这在低工作温度条件下是NO检测的前沿性能表现。WO?-1wt%In?O?-1wt%Nb?O?在选择性和稳定性方面也较本征WO?、WO?-In?O?和WO?-Nb?O?有显著提升。对传感机制的研究表明，晶粒尺寸而非n-n异质结构效应是观测结果的主导因素。通过减小晶粒尺寸使其接近空间电荷层厚度，可增强传感响应。尽管仍有进一步改善传感性能的空间，但WO?-1wt%In?O?-1wt%Nb?O?的性能已足以应用于低含量NO检测设备。