本技術涉及一種電荷轉移包覆型半導體材料在氣敏傳感器件中的應用，屬于半導體傳感器材料。

背景技術：

1、氣敏傳感器能夠識別并感知工作環(huán)境中特定氣體的存在、濃度，廣泛應用于環(huán)境、公共安全、食品等領域的檢測。化學電阻型氣敏傳感器是一種將檢測到的氣體的成分和濃度轉換為電信號的傳感器，具有制備工藝簡易、成本低、易集成、小型化等特點，占當前市場主流。氣敏材料是化學電阻型氣敏傳感器關鍵成分，目前仍存在系列不足：一是室溫靈敏度低、工作溫度高，即在室溫時的靈敏度低或不響應，通常需要200℃以上的工作溫度，導致氣敏傳感器需要固定插座，從而不利于按需布局，或者使配套電池使用壽命變短，造成維護麻煩；二是選擇性差，在工作環(huán)境中容易受非測定氣體的干擾，造成誤報或無法檢測?，F(xiàn)有技術中，半導體氣敏材料的優(yōu)化方法主要包括納米化、摻雜、構建異質結、復合化以及熱處理等。這些方法通過改變材料的結構、成分或表面性質，旨在提升材料的氣敏性能，如靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性。然而，這些方法也伴隨著一定的弊端：納米化技術能夠顯著提高材料的比表面積，增加氣體吸附位點，但納米顆粒的團聚現(xiàn)象可能影響氣體擴散和吸附，且納米材料的表面能較高，易與環(huán)境中的氣體反應，導致穩(wěn)定性下降；摻雜技術通過引入其他元素改變材料的能帶結構和電子分布，但摻雜量過多可能導致導電性過強，反而降低氣敏性能，且摻雜元素的引入可能引入新的雜質相，影響材料的純度和穩(wěn)定性；構建異質結技術通過構建半導體與半導體、半導體與金屬或半導體與碳材料(如石墨烯、碳納米管等)的異質結，異質結界面處的電荷轉移和能帶彎曲會影響氣敏材料的導電性，從而提高其氣敏性能，但這種技術制備復雜、成本高；復合化技術通過結合多種材料的優(yōu)勢來提高氣敏性能，但復合材料的制備過程復雜，需要精確控制各組分比例和分布，且各組分間的相互作用可能導致性能不穩(wěn)定；熱處理技術通過改善材料的晶體結構和表面性質來提升性能，但高溫處理可能引起材料的相變或分解，影響穩(wěn)定性和性能。

2、因此，發(fā)展一種簡便且通用的方法來提高化學電阻型氣敏傳感器的靈敏度、選擇性并降低工作溫度至關重要

技術實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術中化學電阻型氣敏傳感器存在的靈敏度低、選擇性差、工作溫度高的問題及諸多氣敏傳感性能(穩(wěn)定性、高靈敏度、快速響應和恢復、常溫檢測、良好選擇性)難以兼顧的問題，本技術提供了一種電荷轉移包覆型半導體材料在氣敏傳感器件中的應用，將電荷轉移包覆型半導體材料作為氣敏傳感材料應用于氣敏傳感器件，利用電荷轉移相互作用的存在提高了半導體的載流子遷移率和電荷分離態(tài)壽命，從而提高了氣體檢測靈敏度，降低了工作溫度，并利用半導體外有機包覆組分的氧化還原特性提高氣體的選擇性。

2、本技術采用如下技術方案：

3、一種電荷轉移包覆型半導體材料在氣敏傳感器件中的應用，包括：將電荷轉移包覆型半導體材料與待測氣體接觸；

4、所述電荷轉移包覆型半導體材料為：

5、由有機組分通過電荷轉移作用包覆在初始半導體外表面所形成的氣敏材料。

6、可選的，所述氣敏傳感器件的工作溫度為0～200℃。

7、可選的，所述待測氣體為氧化性氣體和/或還原性氣體。

8、可選的，所述待測氣體選自選自硫化氫、二氧化氮、一氧化碳、氨氣、二氧化硫、一氧化氮、甲烷中的至少一種。

9、可選的，所述初始半導體的形態(tài)選自微米或納米結構、薄膜、塊體中的至少一種。

10、可選的，所述微米或納米結構選自納米或微米尺寸的片狀、棒狀、球狀、陣列結構中的至少一種。

11、可選的，所述初始半導體的形態(tài)優(yōu)選為薄膜。

12、相比于塊材的半導體，薄膜類半導體材料具有更高的比表面積，有更多的位點可以與有機包覆組分形成電荷轉移復合物，提升半導體材料氣敏性能。

13、可選的，所述初始半導體選自元素半導體、金屬化合物半導體、有機化合物半導體中的至少一種。

14、可選的，所述元素半導體選自硅(si)、鍺(ge)、磷(p)、硒(se)、銻(sb)、硼(b)中的至少一種。

15、可選的，所述金屬化合物半導體選自金屬氧化物、硫化物、硒化物、碲化物、磷化物、碳化物、氮化物、鹵化物中的至少一種。

16、可選的，所述金屬氧化物選自zno、tio2、sno2、wo3、fe2o3、in2o3、cuo、co3o4、cr2o3、nio、mn3o4、zro2中的至少一種。

17、可選的，所述硫化物選自zns、cds、mos2、ws2中的至少一種。

18、可選的，所述有機化合物半導體選自配位聚合物、共價有機框架cof、氫鍵有機框架(hof)、導電高分子等半導體。

19、可選的，所述配位聚合物選自mof-5、mof-177、mof-210、mof-303、irmof系列、uio系列、mil系列，http系列中的至少一種。

20、可選的，所述共價有機框架cof選自含硼類的cofs材料、亞胺類的cofs材料、三嗪類的cofs材料、基于環(huán)氧基的cofs材料、基于酸酐基的cofs材料中的至少一種。

21、優(yōu)選的，所述初始半導體選自tio2、sno2、uio-66半導體、cu-http半導體中的至少一種。

22、優(yōu)選的，所述初始半導體的形態(tài)選自薄膜或粉末。

23、可選的，所述有機組分選自給電子型有機組分和/或得電子型有機組分。

24、可選的，所述給電子型有機組分選自聚噻吩(p3ht)、聚苯撐乙烯(ppv)及其衍生物、聚苯胺(pani)、聚芴(pf)及其衍生物、有機富勒烯衍生物、聚吡咯、聚對苯撐乙烯中的至少一種。

25、可選的，所述得電子型有機組分選自富勒烯(c60)、苝四酰亞二胺(ndi)、苝四酰二亞胺(pdi)、異靛藍(ic)、甲基異靛藍(meic)、紫精及其衍生物、7,7,8,8-四氰基醌二甲烷(tcnq)及其衍生物、聚噻二唑、聚對亞苯基、聚三芳基胺(ptaa)及其衍生物中的至少一種。

26、上述有機組分是容易形成電荷轉移復合物的分子。

27、優(yōu)選的，所述有機組分選自單端甲基紫精、雙端苯基紫精、7,7,8,8-四氰基醌二甲烷(tcnq)中的至少一種。

28、可選的，所述電荷轉移包覆型半導體材料由包含如下步驟的方法制備得到：

29、s1、將含有所述有機組分、溶劑的物料混合，得到包覆溶液；

30、s2、將所述初始半導體在包覆溶液中浸漬并攪拌或將所述初始半導體與包覆溶液混合物分散，形成包覆層后，然后洗滌、干燥得到電荷轉移包覆型半導體材料。

31、可選的，所述溶劑選自水、乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺中的至少一種。

32、可選的，所述電荷轉移包覆型半導體材料中有機組分的含量為0.5～10％。

33、所述應用包括：

34、當所述電荷轉移包覆型半導體材料為雙端甲基紫精包覆的tio2納米陣列或tio2納米粉體時，待測氣體為h2s氣體；

35、當所述電荷轉移包覆型半導體材料為雙端苯基紫精包覆的sno2納米陣列或sno2納米粉體時，待測氣體為no2氣體；

36、當所述電荷轉移包覆型半導體材料為雙端甲基紫精包覆的zno納米陣列或zno納米粉體時，待測氣體為h2s氣體；

37、當所述電荷轉移包覆型半導體材料為7,7,8,8-四氰基醌二甲烷(tcnq)包覆的uio-66粉體時，待測氣體為co氣體；

38、當所述電荷轉移包覆型半導體材料為單端甲基紫精包覆的cu-http粉體時，待測氣體為no氣體。

39、當所述電荷轉移包覆型半導體材料為單端甲基紫精包覆的zns粉體時，待測氣體為nh3氣體。

40、當所述電荷轉移包覆型半導體材料為單端甲基紫精包覆的mos2粉體時，待測氣體為h2s氣體。

41、當所述電荷轉移包覆型半導體材料為單端乙基紫精包覆的p3ht粉體時，待測氣體為ch4氣體。

42、當所述電荷轉移包覆型半導體材料為雙端乙基紫精包覆的cof-102粉體時，待測氣體為c2h2氣體。

43、當所述電荷轉移包覆型半導體材料為單端甲基紫精包覆的cu-http粉體時，待測氣體為no氣體。

44、本技術能產生的有益效果包括：

45、本技術提供的電荷轉移包覆型半導體材料在氣敏傳感器件中的應用，相比于現(xiàn)有技術的化學電阻型半導體材料，本技術采用電荷轉移包覆型半導體材料作為氣敏材料，將有機物引入到初始半導體表面通過電荷轉移相互作用將有機組分以化學作用緊密包覆半導體，這種電荷轉移相互作用提升并兼顧了初始半導體材料的諸多氣敏傳感性能(穩(wěn)定性、靈敏度、響應和恢復速度、工作溫度、選擇性)，與現(xiàn)有技術中的半導體材料優(yōu)化方法相比，本技術采用對半導體材料成品進行有機物的后期引入形成電荷轉移包覆型復合材料的方式，即保留了初始半導體的基本性質，又通過簡化材料制備方式降低了應用成本，具有普適性。