微型气体传感器于有害气体检测，康健监测以和疾病诊断等方面均有着广泛的运用。然而，传统的氧化物半导体传感器仍旧受限在数百摄氏度的事情温度，开发高敏捷度的室温气体传感器成为该领域的研究热门。最近几年来，二维过渡金属硫属化合物因为其极高的外貌积/体积等到外貌活性而于室温气体传感器方面具备显著上风，然而有限的电荷掺杂机制以和多步微加工所酿成的二维质料污染破坏问题拦阻了其性能的进一步晋升。

结果简介

2020年8月10日获悉，清华年夜学质料学院刘锴课题组使用激光直写设计了基在二维过渡金属硫/氧化物横向异质结(NbS2-Nb2O5-NbS2)的高性能传感器。该要领使用激光局部加热氧化金属性NbS2一步实现了具备优秀电学接触的由金属性NbS2电极及Nb2O5沟道所组成的异质结器件，既有用增强了电学旌旗灯号又防止了沟道外貌污染。此外，差异在传统的氨气传感机理，该传感器依靠在氨气与沟道外貌吸附水份子作用后解离出的OH-对于其外貌电导的调控，从而实现了高敏捷度的室温氨气传感性能(ΔR/R = 80%, 50 ppm)，优在前人所报导的基在二维质料的室温氨气传感器。同时，基在沟道外貌吸附水的导通机制，该传感器另有可作为一种新型的正温度系数器件，其正温度系数可达15%–20%/°C。此外，基在此异质结的柔性传感器一样体现出了优秀的传感性能，于可穿着电子器件方面具备主要运用价值。这项结果以“Direct laser patterning of two-dimensional lateral transition metal disulfide-oxide-disulfide heterostructures for ultrasensitive sensors”为题发表于Nano Research上，并当选为封面文章，论文第一作者为清华年夜学质料学院博士生王博伦。

图文导读

图1 NbS2-Nb2O5-NbS2异质结传感器的制备。(a) 使用金电极转移及激光加热氧化NbS2构建NbS2-Nb2O5-NbS2异质结器件；(b) NbS2及Nb2O5的晶体结构图；(c) 异质结的光学照片；(d) 异质结的AFM图；(e) 直线型及蛇形异质结器件的光学照片。

图2 NbS2-Nb2O5-NbS2异质结的电镜表征。(a)异质结的低倍ADF-STEM图；(b)–(d)异质结的元素漫衍图；(e)–(f) NbS2及Nb2O5的原子级分辩的HAADF-STEM图；(g) Nb2O5区域的SAED图；(h) Nb2O5区域的HRTEM图；(i)–(j) 对于应图h中两个区域的FFT图；(k) NbS2-Nb2O5异质结界面的HRTEM图。

图3 NbS2-Nb2O5-NbS2异质结的传感机理研究。 (a) 异质结传感器示用意；(b) 差异湿度下异质结传感器的电流-电压曲线；(c) 干燥及湿润情况下Nb2O5的ATR-FTIR谱图；(d) 差异湿度下异质结传感器的电流对于比图; (e) 异质结传感器的相应时间及恢复时间；(f) 异质结传感器的经久性测试。

图4 NbS2-Nb2O5-NbS2异质结的温度及氨气传感性能。 (a) 差异温度下异质结传感器的电流对于比图；(b) 异质结传感器的电阻-温度曲线；(c) 异质结传感器与其他正温度系数质料对于比图；(d) 差异氨气浓度下异质结传感器的敏捷度；(e) 异质结传感器与其他基在二维质料的氨气传感器对于比图；(f) 异质结传感器的选择性测试。

图5 基在NbS2-Nb2O5-NbS2异质结的柔性传感器。(a) 柔性传感器的光学照片；(b) 柔性传感器的温度及湿度传感性能；(c) 柔性传感器的氨气传感性能；(d) 差异弯曲半径的柔性传感器电流对于比；(e) 差异弯曲次数后的柔性传感器电流对于比。

作者简介

刘锴，清华年夜学质料学院副教授，致力在低维质料和其异质结构的界面性子研究，至今于Science、Adv. Mater.、Mater. Today、Nano Lett.等期刊上共发表学术论文90余篇，论文共计被援用4500余次。授权发现专利30余项。前后肩负及介入国家青年高级人材项目、基金委面上项目、霍英东教诲基金、科技部重点专项、基金委科学中央项目等多个科研项目。继续中国质料研究学会青年委员会理事、Journal of Applied Physics客座编纂。于海内外主要学术聚会会议上继续分会主席及做约请陈诉20余次。

文章信息

Bolun Wang, Hao Luo, Xuewen Wang, Enze Wang, Yufei Sun, Yu-Chien Tsai, Jinxuan Dong, Peng Liu, Huanglong Li , Yong Xu, Sefaattin Tongay, Kaili Jiang, Shoushan Fan, and Kai Liu*. Direct laser patterning of two-dimensional lateral transition metal disulfi亚洲必赢24小时客服-de-oxide-disulfide heterostructures for ultrasensitive sensors. Nano Research 2020, 13, 2035–2043.

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