Template-assisted fabrications of nanostructure arrays for gas-sensing applications

Xu, Shipu GND

The highly-sensitive gas-sensing proposes a high requirement to a sensing platform, for which the nanostructure-array-based platform is a promising candidate. Template-assisted method is an effective strategy to prepare various nanostructure arrays. Herein, by using templates of ultrathin alumina membranes and colloidal monolayers, two kinds of nanostructure array gas sensors (i.e., nanorod arrays and films with arrayed triangular convexes) are prepared and exhibit a series of morphology origin of enhanced performances. In gas-sensing works using SnO2 nanorod arrays, the optimized gas-sensing is achieved by adjustments of the nanorod length from 20 to 340 nm and characterized by a low detection limit of 3 ppm ethanol gas at room temperature when the nanorod length is 40 nm. For the SnO2 film gas sensor, its triangular convex adsorption active sites can enhance surface adsorptions. By ensembles of these adsorption active sites with different periods (289, 433, 577, and 1154 nm), these samples present an adsorption active site origin of sensitivity, and being capable of detecting a low concentration of 6 ppm ethanol gas. The above morphology-to-performance correlations confirm that the template-assisted fabrications of nanostructure arrays are efficient to the fabrication of high-performance gas sensors.

Hochempfindliche Gasdetektion stellt hohe Anforderungen an die zu verwendende Messplattform, für welche Nanostrukturarray-basierte Messfühler vielversprechende Kandidaten sind. Die Template gestützte Methode stellt eine effektive Grundlage zur Herstellung verschiedener Nanostrukturarrays dar. In dieser Arbeit werden mit Hilfe von ultradünnen Aluminiumoxid-Membranen oder kolloidalen Monolayern als Templat zwei verschiedene Arten von Nanostrukturarray-Gassensoren (Nanorod-Arrays und dünne Schichten mit angeordneten dreieckigen Wölbungen) hergestellt, welche aufgrund ihrer Morphologie eine erhöhte Leistungsfähigkeit aufweisen. Bei der Gasdetektion mit SnO2-Nanorod-Arrays wurde die optimierte Gasmessung durch Anpassung der Nanorod-Länge auf 20 bis 340 nm erreicht. Charakterisiert wird sie durch eine niedrige Detektionsschwelle von 3 ppm Ethanol-Gas bei Raumtemperatur und einer Nanorod-Länge von 40 nm. Bei den SnO2-Dünnschicht-Gassensoren erhöhen die dreieckigen konvexen Wölbungen die aktive Adsorptionsfläche für die Gasmessempfindlichkeit. Die Anordnung dieser adsorptionsaktiven Punkte mit unterschiedlicher Periodizität (289, 433, 577 und 1154 nm) zeigt eine Sensitivitätsabhängigkeit auf, wobei eine niedrige Detektionsschwelle von 6 ppm Ethanol-Gas erreicht wird. Die obigen Korrelationen zwischen Morphologie und Leistungsfähigkeit bestätigen, dass die Template gestützte Herstellung von Nanostrukturarrays zur Produktion von hochleistungsfähigen Gassensoren effizient genutzt werden kann.

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Xu, Shipu: Template-assisted fabrications of nanostructure arrays for gas-sensing applications. Ilmenau .

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