直流磁控溅射优化纳米结构五氧化二钒实现室温气体检测新突破

《Materials Chemistry and Physics》：Room-temperature gas detection by nanostructured vanadium pentoxide optimized through DC magnetron sputtering

本文报道了通过直流磁控溅射技术（DC magnetron sputtering）在柔性PET基底上制备无需退火处理的纳米结构五氧化二钒（V2O5）薄膜，成功实现了对二氧化碳（CO2）和二氧化氮（NO2）的高灵敏度室温（25±2°C）检测。该传感器具备快速响应/恢复特性、弯曲稳定性及优异重复性，为可穿戴环境监测技术提供了新方案。

　　

实验细节

将PET基板切割为3 cm × 2 cm矩形片，依次用去离子水、异丙醇清洗并干燥。在沉积V₂O₅前，通过直写技术印制叉指电极（IDE）。电极图案通过3D Builder软件建模，并以STL格式导出。

结构特性

如附图S2所示，所有批次制备的V₂O₅薄膜均呈现非晶态。值得注意的是，溅射参数（见表S1）对薄膜结晶性无显著影响，这表明在室温至150°C沉积条件下均可获得稳定的非晶V₂O₅结构。

结论

本研究系统分析了直流磁控溅射制备的V₂O₅传感器气体传感行为，通过优化沉积参数实现了对CO₂和NO₂的高效室温（25±2°C）检测。研究明确了基底温度和氧氩比对材料结晶性及气体吸附性能的影响，最终确定最优工艺条件为：氧气16 sccm/氩气24 sccm、150°C基底温度、140 W直流功率。该传感器在柔性检测领域展现出重要应用潜力。

作者贡献声明

A. Sudha：综述撰写、原始草案撰写、可视化、方法论、研究实施、形式分析、数据整理、概念化。

Tarra Maharshi：综述编辑、可视化、方法论、研究实施、形式分析、数据整理、概念化。

Parasuraman Swaminathan：综述编辑、验证、监督、方法论、概念化。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本研究结果的已知经济或人际利益冲突。

致谢

本研究获印度理工学院马德拉斯分校（IIT Madras）卓越研究院项目（编号SB/22-23/1272/MM/ETWO/008702）支持。作者感谢该校工业咨询与赞助研究办公室（ICSR）和精密分析仪器中心（SAIF）提供的表征平台，并致谢软物质与复杂流体实验室的技术协助。