本發(fā)明屬于半導體納米線材料領(lǐng)域，具體涉及一種鍶摻雜的LaVO3納米線的制備方法，以及包括該納米線氣敏傳感器的制備方法。

背景技術(shù)：
當今信息技術(shù)時代，傳感器作為獲得信息的主要手段，在物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)生產(chǎn)、海洋開發(fā)、健康領(lǐng)域中都有廣泛的應用前景，受到了各國研究者的高度重視。氣敏傳感器作為其一個分支，在大氣監(jiān)測、汽車尾氣測定、有毒氣體的監(jiān)測、食品安全中發(fā)揮著重要的作用。商用氣敏傳感器SnO2大多為多孔燒結(jié)，其比表面積受到限制，并且商用傳感器常常需要加熱元件才能工作，其電阻隨溫度的變化劇烈，從而會影響測試的精度。目前，氣敏傳感器的發(fā)展趨勢在于：一提高靈敏度，降低功耗和成本，縮小尺寸，集成化，與整機結(jié)合為一體；二增強可靠性，實現(xiàn)元件多功能化、智能化。這就使得納米結(jié)構(gòu)傳感器成為必要。目前，氣敏傳感器已經(jīng)采用了納米顆粒結(jié)構(gòu)，它們比表面積大，表面活性高，對周圍環(huán)境非常敏感，但是傳感器的電阻較大，在高溫下容易團聚，嚴重影響了傳感器的長期穩(wěn)定性和靈敏度。而一維納米材料不僅具有比表面積大的優(yōu)點，而且電導率大，在高溫下也不易團聚，可顯著提高傳感器的電導和穩(wěn)定性。因此，研究人員將納米管、納米線、納米帶等一維納米材料應用于氣敏傳感領(lǐng)域，并取得了較好的結(jié)果。2010年哈佛大學麥立強教授采用水熱法合成了單根釩酸銀納米線并研究了其H2S的傳感性能，其靈敏度S在300ppmH2S時候僅為1.10(S＝Rair/Rg)，且其制備的納米線長度約為50微米(LiqiangMai,LinXu,QianGao,ChunhuaHan,BinHu,andYuqiangPi.NanoLett,10(2010)：2604–2608)。2013年蘇州大學邵名望教授采用水熱法制備了一種新型釩酸銦一維納米材料，該材料能夠有效檢測氨氣和酒精，但是，其納米線長度約為40微米，且其原料InCl3.4H2O價格昂貴(ShanshanLiu,FeiHu,JieZhang,HanxiaoTang,andMingwangShao.ACSAppl.Mater.Interfaces,5(2013)：3208-3211)。因此，很有必要尋找一種合成簡便、性能優(yōu)良的納米線用于氣敏傳感器。目前，國內(nèi)外研究者們研究了釩酸鍶鑭陶瓷和薄膜材料的電磁性能，Jong-SungPark等報道了鍶摻雜LaVO3陶瓷材料在燃料電池中作為電極材料的應用。(Jong-SungParka,IanD.Hassonet.al,J.POWERSOURCES196(2011)：7488–7494)。然而，陶瓷塊體材料、薄膜二維材料與一維納米線材料的結(jié)構(gòu)、性能和應用領(lǐng)域均有很大的差異。研究一維納米線材料有利于推動器件的小型化、集成化，因此很有必要提供一種新型的納米線的制備方法，并且研究其氣敏傳感的性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種鍶摻雜的LaVO3納米線及其氣敏傳感器的制備方法，本發(fā)明得到的鍶摻雜的LaVO3納米線很長，在常溫下對氨氣有明顯的響應，制得的氣敏傳感器電阻隨溫度變化小，有效避免了溫度變化帶來的誤差，穩(wěn)定性好。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種鍶摻雜的LaVO3納米線的制備方法，包括以下步驟：步驟1：配制前驅(qū)液：將偏釩酸銨粉末加入水中，在45—50℃下攪拌30min使其充分溶解，得到偏釩酸銨溶液；將硝酸鍶粉末溶于水中，得到硝酸鍶溶液；將硝酸鑭粉末溶于水中，得到硝酸鑭溶液；步驟2：在步驟1得到的偏釩酸銨溶液中，按順序分別加入步驟1得到的硝酸鍶溶液和硝酸鑭溶液，其中偏釩酸銨溶液、硝酸鍶溶液、硝酸鑭溶液的體積比為5:4:1，得到的混合液用氨水調(diào)節(jié)PH至4-6.5；步驟3：將步驟2得到的混合液轉(zhuǎn)移至水熱釜并放置于烘箱中，升溫至160℃保持16h，自然降溫后過濾，過濾得到的產(chǎn)物用水和乙醇洗滌，然后置于真空烘箱中60-80℃干燥8-16h，得到鍶摻雜的LaVO4前驅(qū)體；步驟4：將步驟3得到的鍶摻雜的LaVO4前驅(qū)體置于坩堝中并放入管式爐，在650℃、還原氣氛下熱處理2h，然后隨爐降溫得到鍶摻雜的LaVO3納米線。其中，步驟1中所述的偏釩酸銨溶液、硝酸鑭溶液的濃度為0.012mol/L，硝酸鍶溶液的濃度為0.006mol/L。步驟3中所述升溫至160℃具體過程為：在30min內(nèi)從室溫升高至160℃。步驟4中所述的還原氣氛為6％的氫氣與94％的氮氣或氬氣的混合氣體，其氣體流量為200ml/min，其中氮氣或氬氣作為保護氣體；步驟4中所述的熱處理過程為：在180min內(nèi)從室溫升高到650℃，在650℃條件下保持2h。一種鍶摻雜的LaVO3納米線氣敏傳感器的制備方法，包括以下步驟：步驟1：將表面氧化的硅片的上表面洗凈，然后在其上制備叉指電極；步驟2：將鍶摻雜的LaVO3納米線分散至乙醇中制成懸浮液，然后將懸浮液滴在叉指電極上，并放入烘箱中加熱烘干，使納米線與叉指電極牢固接觸。其中，步驟1中所述表面氧化的硅片為300nmSiO2/Si，所述制備叉指電極的方法為光刻、真空磁控濺射、剝離等，所述叉指電極為金叉指電極。步驟2中所述烘干溫度為60℃。本發(fā)明的有益效果為：1、本發(fā)明采用簡單方便的水熱法制備出了鍶摻雜的LaVO3納米線，工藝簡單，成本低廉，適用于工業(yè)生產(chǎn)。2、本發(fā)明制備得到的鍶摻雜的LaVO3納米線長度達到了300～500μm，超長的納米結(jié)構(gòu)有利于增加與氣體的接觸面積，提高氣體的響應；并且有利于集成化、功能化電子器件的制作。鍶摻雜LaVO3為p型摻雜，可以降低材料的費米能級，增加納米線的電導率；并且由于鍶離子半徑小，替代鑭離子位置后，改變了晶格尺寸，更容易形成超長的納米線用于制作不同類型的納米器件。3、本發(fā)明制備得到的鍶摻雜的LaVO3納米線具有較高的比表面積，增大了納米線與待測氣體的接觸面積，相對于商用SnO2傳感器不需要加熱裝置。4、本發(fā)明實施例制備的氣敏傳感器電阻隨溫度變化較商用SnO2傳感器小，有利于排除測試環(huán)境中溫度導致的誤差，并可以與不同功耗的器件兼容。這是由于Sr作為摻雜離子有效的改變了LaVO3電子能帶結(jié)構(gòu)，使其由半導體性向金屬性偏移。5、本發(fā)明制備得到的鍶摻雜的LaVO3納米線在室溫下對氨氣有明顯的響應，具有潛在的應用價值。響應機制通常為：初始狀態(tài)時吸附空氣中的氧氣和半導體表面的電子形成負離子積累在半導體表面(O2+2e-→2O-)，使p型半導體的多數(shù)載流子空穴在表面積累；隨后半導體材料暴露于氨氣時，氨氣分子會釋放電子從而復合掉表面的一些載流子空穴(2NH3+3O-→N2+3H2O+3e-)，這樣導致半導體的電阻上升從而檢測出目標氣體。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線的X射線衍射圖譜。圖2是本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線的掃描電鏡圖(SEM)。其中a為500倍放大倍率下的SEM，b為10000倍放大倍率下的SEM。圖3是本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線的電子能譜圖(EDS)。圖4是本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線制備的氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線制備的氣敏傳感器的測試設備連接示意圖。圖6是本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線氣敏傳感器和商用SnO2傳感器電阻隨溫度變化對比曲線。圖7為本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線氣敏傳感器的電阻與氨氣濃度的關(guān)系曲線。具體實施方式下面通過實施例和附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。一種鍶摻雜的LaVO3納米線的制備方法，包括以下步驟：A、分別配制0.012mol/L的偏釩酸銨溶液、硝酸鑭溶液和0.006mol/L的硝酸鍶溶液，其中偏釩酸銨溶液配制過程中需要加熱到50℃攪拌30min使其充分溶解；B、取步驟A得到的偏釩酸銨溶液40mL，然后向偏釩酸銨溶液中按順序分別加入32mL步驟A得到的硝酸鍶溶液和8mL步驟A得到的硝酸鑭溶液，攪拌均勻，然后用氨水調(diào)節(jié)其PH值至6.5，攪拌30min，得到混合液；C、將步驟B得到的混合液轉(zhuǎn)移至100mL的水熱釜中，放置于烘箱中，30min從室溫升高到160℃保持16h，自然降溫后取出過濾，過濾得到的產(chǎn)物用水和乙醇分別洗滌3次，然后置于真空烘箱中60℃干燥12h，得到鍶摻雜的LaVO4前驅(qū)體；D、將步驟C得到的鍶摻雜的LaVO4前驅(qū)體置于陶瓷坩堝中并放入管式爐，在650℃、6％的氫氣和94％的氮氣混合氣體氣氛下熱處理2h，其中氣體流量為200ml/min，然后隨爐降溫得到鍶摻雜的LaVO3納米線。步驟D中所述的熱處理過程為：在180min內(nèi)從室溫升高到650℃，在650℃條件下保持2h。下面對本發(fā)明實施例制備得到的鍶摻雜的LaVO3納米線的結(jié)構(gòu)和性能進行分析：圖1是本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線的X射線衍射圖，由圖1可知，納米線主要物相結(jié)構(gòu)為LaVO3，無其他雜相，說明鍶成功摻雜進入釩酸鑭的晶格中，相對于標準PDF卡片有微小的角度偏移是由于鍶原子比鑭原子小的原因。圖2是本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線的掃描電鏡圖(SEM)。其中a為500倍放大倍率下的SEM，b為10000倍放大倍率下的SEM。由圖2可知，本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線的長度達到300μm左右，直徑為200nm左右。圖3為本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線的電子能譜圖(EDS)，由圖3可知，鍶成功摻雜進入LaVO3納米線。一種鍶摻雜的LaVO3納米線氣敏傳感器的制備方法，包括以下步驟：步驟1：將300nmSiO2/Si的上表面洗凈，采用光刻的方法在其上制備金叉指電極；步驟2：將本發(fā)明實施例制備得到的鍶摻雜的LaVO3納米線分散至乙醇中制成懸浮液，然后將懸浮液滴在金叉指電極上，并放入烘箱中60℃烘干，使納米線與金叉指電極牢固接觸。圖4為本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線制備的氣敏傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，傳感器包括300nmSiO2/Si硅片、金叉指電極以及氣敏材料，其中氣敏材料為上述制備方法獲得的鍶摻雜的LaVO3納米線。圖5還給出了鍶摻雜的LaVO3納米線氣敏傳感器的測試設備連接示意圖。圖6是本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線氣敏傳感器和商用SnO2傳感器電阻隨溫度變化曲線。由圖6可知，鍶摻雜的LaVO3納米線電阻隨溫度變化比商用SnO2變化小，有利于排除測試環(huán)境溫度變化所引起的誤差。圖7為本發(fā)明實施例得到的鍶摻雜的LaVO3納米線氣敏傳感器的電阻與氨氣濃度的關(guān)系曲線。由圖7可知，在室溫下，鍶摻雜的LaVO3納米線對氨氣有明顯的響應，不需要商用SnO2傳感器的加熱裝置。并且，隨著氣體濃度從150ppm增至450ppm，其電阻也相應線性增加。這是因為納米線表面吸附NH3后釋放電子到納米線表面，而鍶摻雜的LaVO3納米線為p型半導體，NH3給出電子會中和表面的多數(shù)載流子空穴，導致電阻的增加，從而有效檢測出目標氣體。