不同结构ZnO的可控合成及其对气敏性能的影响

材料的微观形貌是影响其气敏性能的主要因素.低维结构材料因反应时的团聚问题,极大地限制了其应用.因此,通过设计合成多级结构的纳米材料来提高性能至关重要.通过控制水热时间、阴离子表面活性剂柠檬酸钠的浓度以及pH值来调节形貌,在水热条件下成功合成了多级片球状、片花状以及馒头状3种形貌的ZnO纳米材料.通过对气敏性能进行测试,发现多级片球状形貌具有较好的气体敏感性.在340℃时,对100×10^-6正丁醇的气敏响应达到238,比相同条件下的乙醇高2.12倍,显示出了较好的选择性.通过研究多级结构的生长机理及传感机制,为设计多级体系结构ZnO高性能气敏材料提供了数据依据.     

Au纳米粒子对ZnO分级结构的气敏特性影响

采用化学浴法制备了花形ZnO纳米棒簇,将平均粒径约40 nm的Au纳米粒子引入ZnO表面得到不同Au修饰量的Au/ZnO复合结构.Uv-vis吸收光谱表明,在Au和ZnO之间存在着作用力使Au的吸收光谱产生红移,这种作用力的存在使复合结构的气敏性能得到了较显著的改善.当Au修饰的质量分数为6%时,复合材料的气敏性能最高,对丙酮气体的灵敏度较纯ZnO提高了约17倍.     

CuO/ZnO复合纳米结构的制备及其气敏性能研究

用简单的一步水热法合成了CuO/ZnO复合纳米结构,通过改变溶液中Cu离子的浓度得到不同CuO含量的样品.用扫描电镜、X射线衍射仪等表征了样品的形貌和结构,用智能气敏分析仪测试了样品对乙醇气体的响应特性.结果表明,相对纯ZnO,CuO/ZnO复合纳米结构对乙醇气体的响应有明显的增强.溶液中Cu离子与Zn离子摩尔比为3:...     

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。     

中空分级结构ZnO的控制合成及发光性能研究

用水热法,以硝酸锌(Zn(NO3)2),氯化锌(Zn Cl2),硫酸锌(Zn SO4)为前驱体,氨水为沉淀剂,在羧甲基纤维素钠(CMC)存在条件下,成功合成了3种不同形貌的中空分级结构Zn O.并用场发射扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对样品进行了表征.结果表明,3种中空分级结构的Zn O形貌分别为:球形、哑铃形和棒束状.锌盐中的阴离子对形成不同形貌Zn O中空结构起关键作用,提出了可能的形成机理.室温光致发光光谱表明不同形貌的中空分级结构Zn O有着不同的光致发光性能.     

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.     

基片温度对ZnO薄膜结构和发光性能的影响

采用对靶直流反应磁控溅射方法,在不同温度的Si (100)基片上制备了一系列的ZnO薄膜.利用X射线衍射仪和荧光分光分度计对ZnO薄膜的结构和发光性能进行了研究.结果表明:所有的ZnO薄膜都具有六角纤锌矿结构,且都表现出了(002)织构.随基片温度增加,ZnO薄膜结晶质量提高,其颗粒尺寸单调增加,并且薄膜应力状态发生改变,由压应力转变为拉应力.同时光致发光谱实验结果表明:室温沉积的ZnO薄膜出现了365 nm和389 nm的紫外双峰,并且出现了弱的蓝光发射带.随着基片温度升高到350℃,365 nm附近的紫外峰红移到373 nm,并且强度增强,而389 nm处的紫外峰强度明显减弱.当基片温度增加到500℃时,373 nm的发光峰强度减弱并蓝移到366 nm处,蓝光带强度减弱并红移到430 nm～475 nm处,并且出现了396 nm的近紫峰.     

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.     

Molten-salt synthesis of tungsten oxide nanotubes： Morphological and gas sensitivity

A very simple molten-salt method was used to synthesize WO3 nanotubes at moderate temperature （600 ）. The outer and inner diameters of the WO3 nanotubes were about 100 nm and 30 nm,with a length of dozens of micrometers. TEM and XRD analyses showed that the WO3 nanotubes were single crystal, and had monoclinic structure with the axes preferentially aligned along the [011] direction. The photoluminescence and the gas sensitivity of the nanotubes had been tested, showing that the products very well responded to acetone at 340℃.     

水热法合成Ce-ZnSnO3材料及其对正丁醇的气敏性能

基于化工厂对正丁醇气体的实际检测需求,采用水热法合成了一种新型的Ce-ZnSnO₃材料,通过XRD、SEM、TEM及XPS对材料的晶体结构、微观形貌以及氧缺陷含量进行了表征,并研究了基于Ce-ZnSnO₃材料作为气敏传感器涂层材料的可行性.结果表明:在350 ℃条件下,该材料对体积分数0.01%的正丁醇气体的响应值达2 606.473,响应/恢复时间仅为6 s/26 s,同时具有优异的选择性可成为一种检测正丁醇气体的传感材料.     

Influence of laser doping on nanocrystalline ZnO thin films gas sensors

The effect of laser doping of Al on the gas sensing behavior of nanocrystalline ZnO thin films is reported. The doping of Al was carried out by the spin-coating of Al-precursors on nanocrystalline ZnO films followed by a pulsed laser irradiation. The laser-doped films were characterized as a function of laser power density by measuring the optical, structural, electrical, morphological and gas sensing properties of ZnO films. It was found that the laser doping process resulted in an increase of electrical conductivity of ZnO films. The performance of gas sensor was investigated for different concentrations of H2 and NH3 in the air. The results indicate that the laser doping process can be utilized to improve the sensor characteristics such as sensitivity and response time by optimization of laser power density. The optimum laser power is interpreted as the critical power level required to compete the effective doping versus developing the effective grain boundaries. Also, the selectivity of laser-doped ZnO sensors for H2 was studied for a likelihood practical gas mixture composed of H2, NH3 and CH4. It is found that these films can be optimized to develop H2 and NH3 sensors in PPM level with a higher selectivity over other reducing gases.     

提高气敏元件灵敏度及选择性的研究

通过向元件内掺入不同的杂质或在表面涂敷有机膜，提高了ＬａＦｅＯ３乙醇乙气敏元件 灵敏度，阐述了用Ｐ型γ－Ｆｅ２Ｏ３气敏元件和Ｎ型ＬａＦｅＯ３气敏元件构成补偿式气敏元件的原理及实现补偿的条件，结果表明，上述办法提高了元件的灵敏度及选择性。     

Mechanism of production increasing of coalbed gas for the pinnate horizontal well and sensitivity effect of parameters on gas production

The mechanism of production increasing for the pinnate horizontal well is analyzed with the simulation technique. It is pointed out that the whole horizontal well-bore spreading widely and evenly in coal layers makes the stratum pressure drop evenly and fast, which increases the chance of desorption and diffusion and area controlled. This is the basic reason that the pinnate horizontal well can increase production. How such stratum parameters as permeability, Langmuir constants and adsorption time constant affect the gas production for the pinnate horizontal well is also studied with numerical simulations. Either for the vertical well or the pinnate horizontal well, bigger stratum permeability, steeper relative permeability curve, smaller residual gas saturation, higher gas content and stratum pressure are more favorable for gas production increasing. Langmuir constants decide the change of desorption quantity and influence the gas production through changing the extent of steep of isothermal adsorption curves in the pressure dropping area. The adsorption time constant only influences the time that gas production arrives at the maximum value for the vertical well, but it almost has no influence on the gas production for the pinnate horizontal well because the equivalent adsorption time constant is reduced.     

Co掺杂对ZnO纳米棒阵列的结构和性质的影响

通过70℃水热反应制备高密度排列的Zn1-xCoxO(x=0.05,0.10和0.15,统记为ZnCoO)纳米棒阵列,用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)和光致发光光谱(PL)进行表征.结果表明:Co2+替代Zn2+掺入了ZnO的晶格中,纳米棒沿[0001]方向垂直生长在含ZnO种子层的玻璃上,纳米棒平均直径约为150nm,长4.5μm.ZnO种子层和Co掺杂在ZnCoO纳米棒成核和择优生长中起着重要作用.PL光谱是由宽紫外光带(UV)和可见光(VL)构成.ZnCoO纳米棒阵列UV峰位与纯ZnO的相比发生了蓝移.随着Co含量的增加,UV峰明显宽化并发生红移.文中对紫外峰的宽化和红移起因以及ZnCoO阵列的形成机制进行了讨论.     

应力敏感对致密压裂气井生产的影响

以苏里格气田为例,通过室内实验、气井生产动态分析、气藏数值模拟方法,综合研究了基质和人工压裂裂缝的应力敏感性对致密压裂气井生产造成的影响.研究表明:充填/加砂裂缝具有较强的应力敏感性,气井压裂裂缝的有效缝长和导流能力在生产早期(一年左右)会下降50%以上;随着气井配产提高,应力敏感对生产的影响增强,最大能使气井的最终采气量降低18%,这其中压裂裂缝的应力敏感性起着重要作用.     

氧化锌纳米线阵列的可控合成与光学性能

为了制备定向生长、光电性能优越的ZnO纳米阵列,改进了一种较为简单的水热方法:首先在ITO玻璃上铺上一层岛状ZnO种子,然后利用水热反应,在ITO玻璃上生长了规则排列的、沿(002)晶轴定向生长的ZnO纳米阵列.并基于XRD、SEM、光致发光光谱等测试揭示了样品的形貌、微结构和发光性能的特征及相互作用机理.分析结果表明,纳米线属于六方纤锌矿结构,具有垂直沿c轴方向择优生长的特征.光致发光光谱测试表明,当ZnO纳米线阵列的取向性较差时,可同时观测到较强的绿光发射和蓝光发射;但是,当ZnO纳米线阵列的取向性明显提高之后,只发射单一的强绿光.进一步分析表明,随着前驱溶液浓度的降低,ZnO纳米线阵列的发光强度呈非线性变化,而纳米线的尺寸单调的变小.     

ZnO纳米线膜的可控生长及其量子限域效应研究

针对ZnO半导体低维纳电子/光电子器件中纳米线膜的可控性差及其所导致的特性不稳定问题,利用ZnO纳米籽晶层作为引导层,以实现ZnO纳米线膜的垂直取向生长和尺度分布可控制备,并研究低维量子限域效应对ZnO纳米线膜光电特性的影响机制,利用湿化学法在氧化铟锡导电玻璃上制备ZnO籽晶层,随后利用低温水热法进行ZnO纳米线膜的引导生长,样品的显微结构和物相分析表明,通过调节籽晶热处理温度和生长液浓度能够实现ZnO纳米线直径在10～100nm内可调,籽晶热处理温度对纳米线尺度分布影响尤其显著.室温光致发光(PL)谱测试及分析表明,直径小于20nm的ZnO纳米线薄膜样品的PL谱的近紫外带边发射峰相比于更大直径的纳米线样品发生了明显的蓝移,而且半高宽显著减小.利用量子限域效应理论对PL谱带边发射峰随纳米线的尺度分布发生变化的规律进行了合理分析.