基于Ce-In2O3纳米结构与薄膜厚度协同优化的MEMS丙酮气体传感器研究

本研究通过水热法合成Ce掺杂In2O3纳米材料，结合微机电系统（MEMS）技术开发了高性能丙酮传感器。2 wt% Ce-In2O3传感器在370℃下对50 ppm丙酮响应提升8.9倍，检测限达3.6 ppb。系统研究了5-15 μm膜厚在不同湿度（5%-95% RH）与气体环境下的性能差异，为面向实际应用的气体传感器设计提供了材料-结构协同优化新策略。

　　

材料

本研究使用的所有化学试剂均为分析纯且未经进一步纯化。具体而言，四水合氯化铟(InCl₃·4H₂O, 97%)、十二烷基硫酸钠(SDS, ≥99.0%)、六水合硝酸铈(Ce(NO₃)₃·6H₂O, 99.95%)以及氧化铟(In₂O₃)纳米颗粒（PrimorTrace?, ≥99.99% 金属基, ＜50 nm(TEM)）均购自国药集团化学试剂有限公司。测试气体包括丙酮（50 ppm，空气平衡）、甲醇（50 ppm，空气平衡）、乙醇...

传感材料表征

通过X射线衍射(XRD)对纯In₂O₃和不同浓度的Ce掺杂In₂O₃样品的晶体结构和相组成进行了系统研究。如图1所示，所有样品均表现出良好的结晶度（图1a），其衍射峰与In₂O₃的体心立方结构（JCPDS 06-0416）相匹配。Ce掺杂的样品还显示出与立方萤石结构的CeO₂（JCPDS 43-1002）相对应的衍射峰，包括(111)、(200)、(220)...

结论

本研究通过简便的一锅水热法成功合成了Ce-In₂O₃纳米球，并制备了具有精确控制传感膜厚度的MEMS传感器。Ce离子的引入显著提高了In₂O₃传感器的丙酮传感性能，实现了优异的响应特性、低检测限、卓越的选择性和快速的响应/恢复动力学。材料表征表明，Ce掺杂产生了更粗糙的表面...