高分散SnO_2纳米粒子的制备及其气敏性能研究

为了提高n型半导体SnO2气敏材料的性能,以碳微球为载体,制备了高度分散、粒径均匀的SnO2纳米粒子.采用静态配气法对基于该SnO2的气敏元件性能进行了系统测试,结果表明,在工作温度为330℃时,实验所得SnO2气敏元件对乙醇气体呈现出优异的响应灵敏度,性能优于相同测试条件下商用SnO2气敏材料.对5×10-6~200×10-6乙醇气体测试,结果显示,材料灵敏度与气体浓度有一定的依赖关系,灵敏度随着气体浓度的增加呈线性增长.     

溶剂热法制ZnO纳米棒及其气敏性能

以乙酰丙酮锌为原料,采用溶剂热法首次合成了棒状ZnO纳米粉体,并对该材料在不同工作温度下的气敏性能进行了研究。通过XRD、SEM和TEM等测试手段,表征其物相与结构。该粉体为六方晶系的ZnO纳米棒,直径约为30 nm,长度约为100 nm,结晶良好。通过静态配气法发现:采用N型氧化锌纳米棒所制得的元件在270℃下,对体积分数为5×10-4的乙醇有较好的气敏性能,灵敏度为75,响应时间及恢复时间分别为30、60 s,说明制备的ZnO纳米棒是具有潜力的探测乙醇气体的气敏传感器材料。     

仿生法制备多孔氧化锌微球及其气敏性能

以荷花花粉为模板,通过化学处理和煅烧工艺合成多孔氧化锌微球.采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和智能气敏分析仪等对样品进行结构表征和性能分析,并讨论多孔氧化锌的气敏机理.结果表明:所得产物约为直径约10μm的具有花粉形貌结构的六方纤锌矿型多孔氧化锌微球.氧化锌微球表面和内部均由大量孔径在100~200nm的孔道构成,连通性良好.孔壁由直径约为80nm的氧化锌纳米颗粒堆砌而成.由该多孔结构制备的气体传感器对于500mL/m3的丙酮和乙醇气体的灵敏度在310℃时达到最大值,分别为24.80、22.10.其在丙酮和乙醇气体中的响应时间分别是2、3s,恢复时间分别为4、7s.传感器响应速度快,灵敏度与气体浓度之间具有良好的线性关系.     

三维结构ZnO基乙醇气敏材料的制备及改性

以尿素为沉淀剂,基于溶剂热法制备出具有特殊三维结构的纳米ZnO,并通过改变Ag的掺杂量制备乙醇气敏材料.利用XRD和SEM对所得产物的晶体结构及微观形貌进行表征, 采用静态配气法对制得的气敏元件进行性能检测.实验结果表明:与纯3D-ZnO相比,掺杂Ag可以有效地改善三维ZnO材料对乙醇气体的气敏性能.且当Ag掺杂质量分数为1.5 % 时,气敏元件对体积分数0.1%乙醇气体的响应值达31.61,工作温度由350℃降至200℃,同时响应/恢复时间缩短至10s/10s且乙醇选择性提高.     

剑状微棒ZnO材料的水热合成与气敏性能研究

以氯化锌(ZnCl2)和25%浓度氨水为原料,CTAB表面活性剂存在时,利用水热法制备了剑状微棒ZnO材料.采用X射线衍射仪和透射电镜等测试手段,对其物相和结构进行了表征.结果表明:此粉体材料结晶良好,直径小于4μm,长度为35μm.利用该材料制成气敏元件,并用静态配气法测试了元件的气敏性能.研究发现:元件在200℃工作温度下,对丙酮气体有很好的灵敏度和选择性及较好的响应恢复特性.并对气敏机理进行了探讨.     

Ag/ZnO多孔网络结构乙醇气体传感器

采用一步水溶液法在带有银电极的Al_2O_3陶瓷片上合成了ZnO纳米片网络结构.400℃退火30 min后,纳米片变为由纳米颗粒组成的多孔结构,形成ZnO多孔网络结构.利用光还原法成功负载Ag纳米颗粒,合成了Ag/ZnO多孔网络复合结构.利用静态配气法测试ZnO和Ag/ZnO多孔网络结构传感器的气敏性质,两种传感器的最佳工作温度分别为350℃和250℃,对体积分数为50×10~(-6)的乙醇的灵敏度分别为14.0和20.3.结果表明,Ag负载不仅提高了ZnO多孔网络结构传感器的灵敏度,而且降低了传感器的最佳工作温度.     

SnO2的微乳液法合成及其气敏性能测试

研究了由阴离子表面活性剂组成的微乳液在纳米材料合成中的应用,采用X射线衍射(XRD)检测了产物的晶体结构和粒径分布。结果表明,由十二烷基苯磺酸钠、正庚烷和正丁醇组成的微乳液所制得的SnO2具有四方结构。用该粉体制成厚膜型旁热式气敏元件,测试结果表明,在工作电压为5V时气敏元件对甲醇、乙醇、丙酮、正丙醇等有机溶剂的还原性气体具有很高的灵敏度,特别是对正丙醇有较好的选择性,可以检测空气中浓度低至5ppm的甲醇、乙醇、丙酮和正丙醇蒸气。所有气敏元件呈现随气体种类不同而变化的较好的灵敏度,可望用于制备价廉的对多种气体的浓度进行测定的气敏元件。     

纳米颗粒ZnO薄膜气敏机理研究

采用气体放电活化反应蒸发沉积(GDARE)法低温生长纳米颗粒ZnO薄膜.在不同温度下测试其对乙醇的灵敏度,结果表明:285℃附近纳米颗粒ZnO薄膜的灵敏度最高,为9.76,并且其最佳工作温度区间较窄.通过对ZnO薄膜的AFM表面形貌分析、SEM剖面分析和光学透射谱测试,可推测薄膜具有多孔性柱状晶表面结构,结合ZnO薄膜通入乙醇前后的阻抗谱测试结果,从晶粒晶界效应上对纳米颗粒ZnO薄膜的气敏机理进行了讨论.     

气体传感材料的制备、元件组装及VOCs检测的综合实验设计

理论与实验、专业与学科前沿相结合是目前化工教学的一大趋势.该研究以氧化镍(NiO)/氧化锌(ZnO)复合材料为研究对象,探索了气敏材料的制备、气敏元件的组装和气敏性能的测试分析.在气敏测试过程中,考察了温度、目标气体乙醇浓度对气敏性能的影响.实验难度适中,贴近科学前沿,可以让学生体验一个综合性的实验过程.且此研究将理论...     

SnO2纳米颗粒对CH4气敏特性的研究

使用溶胶-凝胶法制备了SnO2纳米颗粒.通过X射线衍射和扫描电子显微镜手段对材料的晶体结构和表面进行分析,结果表明所得材料为纯SnO2纳米颗粒.以所制备的SnO2纳米颗粒为气敏材料制备电阻式气敏元件,在CH4体积分数为2.5×10-4时,测试SnO2纳米颗粒对CH4气体的气敏特性,包括工作温度-气体灵敏度和响应-恢复特性,结果表明SnO2颗粒在工作温度为350℃时对CH4的最大灵敏度为11,响应-恢复时间分别为5s和8s.实验结果表明,该SnO2纳米颗粒气敏传感器对CH4具有快速响应和高灵敏度的特性,在工矿安全运行和环境保护方面具有重要的应用价值.     

直流溅射掺杂Pt的SnO2薄膜气敏特性

采用非醇盐溶胶-凝胶工艺在Al2O3基片上旋转涂敷制备掺杂Sb的SnO2薄膜,再经直流溅射制得表面掺杂Pt的Sb∶SnO2薄膜,测试了薄膜对乙醇、汽油、苯、二甲苯、甲苯、丙酮和NH3气体的气敏性能,探讨了不同Pt掺杂量对乙醇气敏性能的影响.结果表明,Pt的溅射时间为90 s时,元件对50×10-6乙醇气体的灵敏度高达43,且薄膜具有较好的响应-恢复特性,其响应时间和恢复时间均为6 s.选择性研究表明,薄膜在加热温度为280℃时,具有很好的酒敏特性和选择性.     

氧化锌／多孔硅复合薄膜气敏传感器对有机气体的监测研究

用电镀法在多孔硅表面沉积ZnO薄膜,制备了氧化锌/多孔硅复合薄膜气敏元件,对元件进行了乙醇、丙酮等五种有机挥发性气体敏感特性的测定。实验结果显示:元件对不同的有机气体的敏感度有差异,这与有机气体的官能团有关系。元件对乙醇、丙酮的敏感性很高,是氧化锌/多孔硅复合薄膜气敏元件对气体分子的物理和化学双重吸附增大了吸附分子的量,还给元件提供了很大的比表面积和气体传输通道。     

二氧化锡材料对异丙醇的敏感特性研究

基于纳米材料SnO_2的气敏元件对大多数的挥发性气体具有敏感性,以SnO_2为基料制备了旁热式异丙醇气敏元件.对比了纯SnO_2气体元件和掺杂ZnO气体元件对异丙醇的气敏特性,通过控制变量法,选择在相同的烧结温度或工作温度下进行测试.结果表明:在烧结温度为400℃,工作温度为300℃的条件下,掺杂为1%ZnO的SnO_2气敏元件对异丙醇气体的气敏特性较好.讨论了SnO_2材料对异丙醇的敏感机理.     

α-Fe_2O_3中空微球的制备及其气敏特性

以Fe(NO_3)_3·9H_2O为铁源,不同氨基酸作为表面活性剂,通过水热法制备α-Fe_2O_3样品,并用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及X射线衍射(XRD)表征样品的形貌,测试其气敏性能.结果表明:不同表面活性剂所得α-Fe_2O_3样品的形貌不同,分别为实心粒子和中空微球,且中空微球由粒子堆积而成;基于中空微球的气体传感器对乙醇具有良好的敏感特性.     

In2O3多孔有序薄膜的制备及其对丁酮气敏特性

利用气/液界面自组装法和溶液浸渍转移法制备了单层和双层氧化铟多孔有序气敏薄膜,并对其进行了气敏特性测试,同时利用多物理场耦合进行气敏特性仿真研究.结果表明,制备的气敏薄膜具有规则的孔道结构,孔壁呈现为具有大比表面积的片状结构.基于该气敏材料的气体传感器对丁酮表现出优良的气敏特性,单层In₂O₃多孔有序气体传感器在最佳工作温度350℃的条件下对质量分数为100×10^-6的丁酮的灵敏度为15.37,响应时间仅为4.3s;双层In₂O₃多孔有序气体传感器在最佳工作温度375℃的条件下对质量分数为100×10^-6的丁酮的灵敏度为20.45,响应时间为22.7s.仿真结果与气敏特性测试结果吻合较好.     

微波水热法制掺铈SnO_2纳米气敏材料及其性能

采用微波水热法制备SnO2纳米粉体,应用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对粉体进行结构表征和微观形貌观察;以所得粉体为原料制备厚膜气敏元件,对其进行气敏性能测试。结果表明:铈离子(Ce3+)的掺杂对SnO2晶粒的生长有抑制作用,掺杂后颗粒粒径约为50 nm;前驱体煅烧温度为700℃时,Ce3+的掺杂可改变SnO2气敏元件对某些气体的灵敏度,当工作温度为370℃时,掺杂x(Ce3+)=5%的气敏元件对乙醇的灵敏度达到20.5,对丙酮的灵敏度达到22,均高于未掺杂Ce3+的气敏传感器的灵敏度;Ce3+的掺杂可以降低厚膜气敏元件的本征电阻,提高其工作稳定性。     

射频反应溅射纳米SnO2薄膜气敏特性研究

采用射频反应溅射在瓷管上制备了SnO2气敏薄膜元件,以及用传统方法制备了SnO2厚膜元件.两种元件经测试表现出对乙醇较高的灵敏度,对两种元件进行了性能对比测试.测试表明,无论在灵敏度、响应恢复时间,还是在检测浓度范围上,SnO2气敏薄膜元件都比传统的厚膜元件性能优越.SnO2气敏薄膜元件经过表面修饰,在200×10-6体积浓度下接近30.对薄膜元件加热温度及选择性进行了研究,初步探讨了元件稳定性及其敏感机理.     

单分散Au/ZnO纳米球的可控制备及气敏性能研究

以二水合醋酸锌和二甘醇为原料,采用微波法制备ZnO单分散纳米球;采用柠檬酸还原法制备Au纳米颗粒,并通过静电作用将金纳米颗粒修饰在ZnO纳米球上制备Au/ZnO气敏材料.XRD结果证明了多晶ZnO的形成以及金属Au的成功修饰;FESEM和TEM观察到ZnO单分散纳米球由纳米颗粒组装而成,粒径约280nm;PL光谱对合成材料的晶体缺陷进行了提取,在此基础上深入讨论了Au/ZnO的增敏机理.气敏测试结果显示,Au/ZnO纳米球比未修饰的ZnO纳米球对丙酮具有更好的选择性与更低的检测温度,在体积分数为1×10-6下仍具有较强的气敏响应.     

基于黄铁矿合成α-Fe2O3纳米颗粒及其对NO2的气敏特性

本研究以黄铁矿纯矿物为铁源,采用直接焙烧法合成出α-Fe_2O_3纳米颗粒,并利用XRD和SEM对制备出的α-Fe_2O_3纳米颗粒的晶体结构和微观形貌进行表征。结构表征结果表明,所制备出的α-Fe_2O_3纳米颗粒结晶良好、纯度较高,晶粒尺寸在100～200 nm之间,分散性良好。气敏测试结果表明,α-Fe_2O_3纳米颗粒对NO_2气体具有优良的气敏性能,并在最佳工作温度150℃时获得对10×10~(-6)的NO_2气体的最大灵敏度16.7,同时展现出了良好的稳定性、重现性以及选择性。通过电子耗尽层理论对α-Fe_2O_3纳米颗粒的气敏机理进行了分析和探讨。     

ZnO/SnO_2分级纳米结构的制备及气敏特性研究

结合静电纺丝和水热法制备了ZnO/SnO_2分级纳米结构.扫描电镜结果显示,直径为20~30 nm且粗细均匀的ZnO纳米棒阵列均匀地生长在长2~10μm的SnO_2纳米线上.与纯ZnO纳米棒和纯SnO_2纳米线相比,ZnO/SnO_2分级纳米结构显现出更优越的气敏性能,在300℃下对体积分数为100×10~(-6)的丙酮气体的灵敏度高达22.76,响应时间为13 s,恢复时间为10 s.