基于碳纳米管的气敏传感器研究进展

碳纳米管（CNTs）具有独特的电学、力学、物理、化学性能。可对许多气体进行选择吸附和快速检测。近年来,碳纳米管在气敏传感领域的研究及应用取得了显著进展。碳纳米管气敏传感器具有体积小、常温下即可检测、灵敏度高、响应速度快等优点。综述了本征碳纳米管气敏传感器、碳纳米管气敏传感器的功能化修饰、碳纳米管气敏传感器在呼吸检测中的应用等研究进展。为提高碳纳米管气敏传感器的气敏性能（灵敏度、选择性、响应时间和可重复性）、增大检测气体种类。目前主要通过使用不同材料（有机聚合物、金属、金属氧化物）对碳纳米管进行合理的功能化修饰。在进一步研究中,应重视发展除加热和紫外光照射之外的新脱附技术、研究复杂气体环境中特定气体的选择性检测、将传感器阵列技术用于CNTs气敏传感器、实现商业化的电子器件等问题及挑战。     

TiO_2纳米管制备及其在气体传感器中的应用研究进展

由于纳米TiO2材料具有无毒、气敏、湿敏、稳定性好等优点而被广泛应用于太阳能电池、光催化降解和气体传感器等领域中。TiO2纳米管是典型的一维纳米材料,拥有丰富的物理化学性质。由于其制备成本不高,因此蕴藏着广阔的应用前景。特别是近年的研究表明,TiO2纳米管因为其大的比表面积、强的吸附能力和纳米尺寸效应,在光催化、传感器、太阳能电池等领域有巨大的开发潜力,已成为目前纳米材料的研究热点之一。TiO2纳米管的主要制备方法基本成熟,但在气体传感器中的研究比较少。TiO2纳米管的制备是在各领域应用的重要前提,因此,本文先介绍它的主要制备方法,从而了解TiO2纳米管的形态及组成,而在其众多应用中,着重介绍它在气体传感器中应用的研究现状。     

碳纳米管催化剂载体的研究进展

碳纳米管因具有可调节的纳米中空管状结构、较高的比表面积、机械强度和热稳定性以及优异的导热、导电性等特点,被作为催化剂载体,应用于新型催化剂的合成.文章综述了碳纳米管的结构、独特性能及应用的研究状况,并对其应用前景进行了展望.     

基于改性碳纳米材料的SF6放电分解气敏特性研究

为了解决本征碳纳米管在SF₆气体传感检测方面存在局限性的问题,研究了基于空气等离子体改性的本征碳纳米管气体传感器对SF₆分解气体中重要特征组分的气敏特性。利用空气等离子体对本征碳纳米管进行改性,引入空气等离子体预处理碳纳米管表面,研究改性碳纳米管在检测SF₆气体分解组分时的气体传感响应特性。结果表明：与本征碳纳米管相比,经空气等离子体改性的碳纳米管气体传感器对H₂S气体的电阻变化具有较高的灵敏度,响应时间短,并具有良好的重复性和稳定性;经空气等离子体改性的碳纳米管对SO₂气体电阻变化率的敏感性明显降低;不同掺杂比例的碳纳米管气体传感器对SOF₂和SO₂F₂的敏感性不同。因此,基于空气等离子体改性的本征碳纳米管气体传感器能准确反映SF₆气体的放电分解情况,可为准确检测SF₆气体的分解成分提供依据。     

基于自组装的碳纳米管一金纳米复合物固定超氧化物歧化酶及其直接电化学

纳米材料结构上的特殊性,使其具有一些独特的效应,如表面效应、体积效应、量子尺寸效应等等,因而表现出许多优异的性能和全新的功能,广泛应用于电子、生物、医药、化工、材料等众多领域．碳纳米管作为重要的纳米材料之一,自上世纪90年代以来一直是纳米科技的前沿领域．近年来采用物理或化学方法合成的金属纳米粒子一碳纳米管复合材料在燃料电池、催化剂、光电子器件、传感器等方面显示了广泛的技术应用前景．     

碳纳米管/聚合物纳米复合材料研究进展

碳纳米管/聚合物纳米复合材料作为材料领域的研究热点,受到人们的广泛关注.本文从制备方法、性能研究以及应用等方面出发,阐述了近年来国内外学者对碳纳米管/聚合物纳米复合材料的研究成果,最后对碳纳米管/聚合物基复合材料的应用前景进行了展望,以期对后续碳纳米管/聚合物纳米复合材料研究工作有指导性作用.     

碳纳米管的性质及应用

碳纳米管作为一种新兴的一维纳米材料，具有其独特的物理、化学性质和广阔的应用前景．介绍了碳纳米管的基本性质以及其在纳米电子学、信息领域、纳米机电系统、材料增强、能源等各个领域中应用的最新研究进展．     

基于碳纳米材料的柔性薄膜器件研究

近年来,可穿戴或贴合式的传感器在实时生理监测、特殊环境信号检测等领域的需求日益凸显,柔性传感器成为当前研究的热点.碳纳米管(CNT),由于其独特的电学和力学性能,在新型电子器件的发展中扮演着越来越重要的角色.本文介绍了几类典型的基于碳纳米管的柔性红外传感器和微压力传感器.在柔性红外传感器的研制中,利用碳纳米管与SiO_2的界面以及不同掺杂的CNT形成的p-n结,设计和制备了两种不同类型的高灵敏度柔性红外传感器,实验结果证明界面载流子行为对传感器的响应速度有重要的影响.另一方面,利用碳纳米管的优秀导电性,设计和制备了两种力传感器.通过银纳米颗粒修饰的碳纳米管制备的柔性拉力传感器,兼具高拉伸度和高灵敏度,具有优秀的应变系数.此外,利用碳纳米管和三棱锥的微结构制备了响应灵敏的微压力传感器,具有优秀的响应幅度与响应速度.     

碳纳米管的制备与应用

综述了清华大学机械工程系纳米碳材料实验室10年来在碳纳米管相关领域的研究成果。采用浮动催化法制备了多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和定向碳纳米管薄膜,针对各种产物的结构特点,研究了碳纳米管在力学、电学、复合材料、双电层电容器、场发射、储氢和环保等方面的性能。不同类型的碳纳米管具有不同的力学、电学和吸附性能,具有潜在的应用前景。     

“纳米碳管薄膜新工艺技术研究”项目通过教育组织的科技成果鉴定

2002年1月5日，我校朱长纯教授等完成的“纳米碳管薄膜新工艺技术研究”通过了教育部组织的科技成果鉴定．“纳米碳管薄膜新工艺技术研究”项目是在纳米技术这一重大技术领域的背景下，对碳纳米管薄膜的生长和纯化工艺进行的深入研究，研制出了利用催化热解法生长和纯化碳纳米管薄膜及利用低压化学气象沉积法生长并优化碳纳米管薄膜的新工艺，为碳纳米管在多种领域的应用提供了技术手段，具有广阔的应用前景，达到世界领先水平．“纳米碳管薄膜新工艺技术研究”项目通过教育组织的科技成果鉴定     

CNT-SnO2复合材料的制备及甲醛气敏性的研究

甲醛作为室内装潢最主要的污染物之一,会对人们的健康造成危害。采用旁热式气敏元件的制备工艺,利用功能化后的碳纳米管对二氧化锡进行不同比例的掺杂,利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对气敏材料进行表征;并在甲醛气氛中与二氧化锡气体传感器进行对比。分析了掺杂浓度,工作温度及气体浓度对传感器灵敏度和响应恢复时间的影响,对其气敏机理进行分析。结果表明碳纳米管的引入提高了二氧化锡传感器对甲醛气体的灵敏度缩短了其响应恢复时间;并且对低浓度的甲醛气体也有较好的响应。     

介电泳操控不同基团修饰多壁碳纳米管气体传感器对SO_2的气敏性能

利用介电泳法在铬-银-金微电极上制备了本征多壁碳纳米管(MWNTs)气体传感器及不同基团修饰多壁碳纳米管(MWNTs-x,x:NH2,OH,COOH)气体传感器,考察了MWNTs和MWNTs-x在非均匀电场中的介电响应行为,将8 V,2 MHz的电泳参数确定为多壁碳纳米管气体传感器的制备条件;在介电泳力作用下MWNTs和MWNTs-x的颗粒均被捕获到电极尖端,发生了正介电泳(p-DEP).室温下研究了制备的气体传感器对不同浓度二氧化硫(SO2)的气敏性能,研究发现传感器对SO2的响应时间、恢复时间和灵敏度随SO2气体浓度的增加而增大,不同基团修饰MWNTs气体传感器对SO2的灵敏度较本征MWNTs传感器的灵敏度显著提高,氨基修饰MWNTs(MWNTs-NH2)气体传感器的灵敏度最高,为本征MWNTs气体传感器的17–23倍,碳管与SO2间的毛细力、表面张力、氢键、化学键等相互作用为影响传感器气敏性能的因素.     

碳纳米管柔性应变传感器在智能纺织品中的应用

智能纺织品不仅拥有日常穿着的所需功能,而且兼具智能性,柔性纺织材料的选择是当前纺织材料研究的重点。在柔性材料中,碳材料是制备柔性应变传感器的理想材料之一。以碳纳米管为柔性材料制备的柔性应变传感器在智能纺织品中的应用为研究内容,从碳纳米管的结构组成、性质及其应用等方面,介绍碳纳米管柔性应变传感器的研究现状;从材料选择、制备方法、性能测试及应用等方面,阐述以碳纳米管纤维和碳纳米管薄膜为柔性材料制备的柔性应变传感器的特性和功能;从制备难点、生产成本、实际应用效果等方面,对碳纳米管柔性应变传感器的优缺点进行评述。研究认为,在大应变下具有高灵敏度将是今后碳纳米管柔性应变传感器研究的方向。     

低维氮化硼纳米材料

低维碳纳米材料的广泛研究,引起了人们对于纳米尺度范围内不同维度的同素异形体材料的极大关注.氮化硼纳米材料具有与碳纳米材料类似的结构,但具有完全不同的性质.不同于金属性和半导体性的碳纳米管,氮化硼纳米管是一种电绝缘体,其带隙不依赖于管子的几何构型,它具有高的热传导率、优异的化学稳定性和良好的机械性能.二维的氮化硼纳米薄膜具有同样的优点.这些独特的性能使得氮化硼纳米管和纳米薄膜在各种潜在的领域,如光电子器件、功能复合材料、储氢,催化等,具有重要的应用前景.本文概述了我们在一维氮化硼纳米管、二维氮化硼纳米薄膜方面的一些理论研究,包括氮化硼纳米管与单层材料的结构、缺陷、化学修饰、气体吸附以及三维氮化硼纳米超结构.     

用于超快激光器碳纳米饱和吸收体的研究进展

碳纳米管及石墨烯饱和吸收体与目前广泛使用的锁模器相比,具有强饱和吸收、超快恢复时间、宽带宽、高光损伤阈值、易制作以及与光纤和纳米器件兼容等优点.对用于超短脉冲激光器的碳纳米管及石墨烯饱和吸收体的制作方法进行综述,针对目前存在的问题,指出了其发展方向.     

Au/ZnO多孔纳米片及其紫外光照射下的NO_2气敏性能

采用水热法结合后期热处理技术制备了Au/ZnO多孔纳米片,并对其气敏性能进行了详细研究。Au/ZnO样品是由厚度约一二十纳米的多孔纳米片组成;气敏性能测试发现,在紫外光照射下Au/ZnO多孔纳米片结构对NO_2气体具有室温响应,检测限为100ppb。Au/ZnO传感器对100ppb NO_2气体的响应时间是21.5s,恢复时间是7s,灵敏度是1.25。当NO_2气体浓度增加到50ppm时,Au/ZnO传感器的灵敏度增加到138.3,是纯ZnO传感器的2.9倍。分析认为,Au/ZnO优异的室温气敏性能是由于在紫外光照射下材料内部产生光生电子-空穴对以及Au颗粒的催化作用。本论文为高性能、低功耗室温气体传感器的构筑提供了一种简易的方法。     

科学新闻

制备分支碳纳米管阵列的新方法——气流波动法碳纳米管因其优良的电学和机械性能目前已广泛地被用来制作多种纳米电子器件,但是如何将这些独立的电子器件连接成一个功能系统,如纳米电路等,仍是纳米电子学领域的一大挑战。中科院化学所有机固体重点实验室刘云圻、朱道本研究组提出了一种新的制备方法来解决这一难题。他们发现气流波动能可控地制备分支碳纳米管阵列。同时通过改变气流的成分可以控制分支碳纳米管中各部分的化学组成。基于此,他们提出了分支碳纳米管形成的一种新机制。该方法简单可控,为分支碳纳米管用于制备未来的纳米集成电路提供了可能,并可能用于制备其它材料的分支纳米结构,对分支纳米结构的制备和纳米器件的集成具有重要意义。相关研究论文发表在2006年2月Nano Letters,6(2):186～192上。     

纳米氧化铈和碳纳米管修饰的过氧化氢传感器的研制

研制了一种基于碳纳米管(CNT)、纳米Ce O2、壳聚糖(CHIT)有机-无机复合膜作为固定基质的酶生物传感器,该复合膜结合了无机碳纳米管、纳米Ce O2和有机材料壳聚糖的优点,固定的辣根过氧化酶较好的保持了其生物活性.在优化测试条件下,连续加入相同量的H2O2,该传感器对H2O2的浓度变化产生迅速灵敏的响应,当过氧化氢溶液浓度在3.2×10-6~2.0×10-3mol/L之间变化时,电极对其浓度成线性关系,相关系数为0.978.该生物传感器具有响应速度快、灵敏度高、重现性好等特点,可用于实际样品的检测.     

基于AuNPs-CS/MWCNTs纳米复合材料用于核黄素的检测

实验采用金纳米粒子-壳聚糖/多壁碳纳米管纳米复合材料(AuNPs-CS/MWCNTs)修饰电极制备电化学传感器来对核黄素的电化学行为进行了研究。采用透射电镜对AuNPs-CS/MWCNTs纳米复合材料进行表征,采用循环伏安法和差分脉冲伏安法探讨核黄素在AuNPs-CS/MWCNTs修饰的玻碳电极上的电化学行为,并对RF含量进行测定。实验结果表明, AuNPs-CS/MWCNTs修饰电极对RF有良好的电化学活性,其还原峰电流与核黄素的浓度在0. 025～10. 02μmol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为0. 015μmol/L。此传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强及重现性好等优点,可以很好进行核黄素的检测。     

碳纳米管的电镜图象

运用Ｘ６５０扫描电镜、Ｈ８００透射电镜等对各种碳纳米管的形貌和结构进行了观察,发现碳纳米管呈纤维状,且有一定的弯曲;碳纳米管管端始终是封闭的,管子四周被碳纳米颗粒包围;纯化后的碳纳米管管壁四周的碳纳米颗粒消失,管口同时被打开．此外,还对其形成原因进行了分析