固体电解质CO2传感器的研究与进展

采用溶胶-凝胶法制备NASICON粉体材料,并利用XRD和IR对制得的材料进行表征.以NASICON粉体材料为基体,Li2CO3-BaCO3复合盐为敏感电极制作管式CO2气体传感器,并对其灵敏度、选择性和耐水性进行测量.在敏感电极中掺入质量分数为10%的SiO2,不仅明显改善器件的耐水性,而且使器件的初始稳定时间从30 min减小到5 min.     

固体电解质CO2传感器的研究与进展

采用溶胶-凝胶法制备NASICON粉体材料，并利用XRD和IR对制得的材料进行表征。以NASICON粉体材料为基体，Li2CO3-BaCO3复合盐为敏感电极制作管式CO2气体传感器，并对其灵敏度、选择性和耐水性进行测量。在敏感电极中掺入质量分数为10%的SiO2，不仅明显改善器件的耐水性，而且使器件的初始稳定时间从30min减小到5min。     

低功耗微型CO_2传感器的研制

制作了一种新型微型结构CO2传感器,该传感器采用Al2O3陶瓷片作为衬底,sol-gel法制备的固体电解质NASICON(sodiumsuperionicconductor)材料为离子导电层,复合碳酸盐Li2CO3-BaCO3(摩尔比为1:1.5)为敏感电极。该传感器在CO2浓度为(500~5000)×10–6体积分数范围内表现出良好的敏感特性,灵敏度达到67.3mV/decade(毫伏/10×10–6体积分数),并且功耗由原来的1.08W降到0.72W。微型元件的响应恢复时间分别为20s和58s。     

固体电解质双功能气体传感器的研制

以sol-gel法合成的NASICON为基体导电层材料,以掺杂C的Cr2O3和ZnO-TiO2分别作为对氨和甲苯敏感的电极材料,制备了一种能同时检测氨和甲苯的新型管式结构固体电解质双功能气体传感器。当工作温度为250~400℃时,传感器对浓度为(50~500)×10–6的氨和(5~50)×10–6的甲苯具有较好的气敏性能,其电动势E值与氨和甲苯浓度的对数呈线性关系,在350℃时,对氨和甲苯的灵敏度分别为–91mV/decade和–60mV/decade。并有较快的响应恢复时间和较好的选择性。     

新型固体电解质SO_2传感器的研制

以sol-gel法制备的NASICON(Na3Zr2Si2PO12)为基体材料,掺杂了V2O5的TiO2为辅助电极材料,制备了一种管式结构的固体电解质SO2传感器。当工作温度为300℃时,以V2O5与(V2O5+TiO2)的质量比为5%的材料为辅助电极材料时,传感器对体积分数为(1~50)×10–6的SO2表现出了较好的气敏性能,传感器的电动势E值与SO2浓度的对数呈很好的线性关系,传感器的灵敏度为78mV/decade。同时,传感器对50×10–6的SO2的响应恢复时间分别为10s和35s,且有较好的选择性。     

Cr_2O_3-LSFNiO双敏感电极NO_x传感器响应特性研究

以Cr2O3和(La0.8Sr0.2)2FeNiO6-δ(LsFNiO)为敏感电极材料,经1 200℃烧结制备出了一种具有双敏感电极结构的NOx传感器,并对其气体敏感性进行了测试,最后根据实验结果得出了两敏感电极的电势关于NOx浓度的经验公式。结果表明,两敏感电极的电势均随着NO浓度的增大而减小,NO2浓度的增大而增大。Cr2O3和LsFNiO电极对NO的敏感性分别为–12.198 mV/decade和–16.477 mV/decade,对NO2的敏感性分别为37.083 mV/decade和14.005 mV/decade。两敏感电极的电势与NOx气体浓度的对数呈较好的线性关系。     

Bphen掺杂Cs_2CO_3作为电子传输层对OLED器件性能的影响

为改善OLED器件的载子注入平衡,本文在其结构ITO/MoO3/NPB/Alq3/Cs2CO3/Al中,分别引入高电子迁移率材料Bphen及Bphen∶Cs2CO3作为电子传输层。通过改变Bphen的厚度以及Bphen中Cs2CO3的体积掺杂浓度,研究其对器件发光亮度、电流密度和效率等性能的影响。实验结果表明,采用Bphen或者Bphen∶Cs2CO3作为电子传输层,均能提高器件的电子注入能力,改善器件的性能。相比于未引入Bphen的器件,采用25nm的Bphen作为电子传输层,改善了器件的电子注入,使器件的最大电流效率提高112%;采用体积掺杂浓度为15%,厚度为5nm的Bphen∶Cs2CO3作为电子传输层,减小了电子注入势垒,使器件的最大电流效率提高27%,并且掺杂层厚度的改变对器件的电子注入影响很小。该方法可用于OLED器件的阴极修饰,对器件性能的提升将起到一定的促进作用。     

微测辐射热计器件工艺开发和特性评估

依托半导体生产线开发了基于MEMS微桥结构的微测辐射热计(micro-bolometer)器件,其中,使用化学气相沉积(CVD)技术开发了非晶硅(α-Si)薄膜工艺,并将其用作微测辐射热计器件的敏感层材料,该材料在1 000?厚度下的膜厚均匀性可以控制在2%以内(1-sigma,within wafer),电阻均匀性可以控制在2%以内(1-sigma,within wafer),其室温下的电阻温度系数(TCR)可以达到-2.5%左右;采用先刻沟槽工艺技术开发了MEMS微桥结构的接触模块,以无支撑柱结构实现了其支撑和电连接结构;使用Ti/TiN薄金属薄膜作为电极层,并利用电极层图形实现该敏感层电阻器件的电连接和图形定义;开发了高性能敏感层电阻工艺技术,实现了对敏感层材料工艺损失和电极层侧面腐蚀的良好工艺控制。在完成微测辐射热计器件工艺开发后,对其进行了器件级测试和评估,结果表明：该器件室温电阻值在250 kΩ左右,且具有优异的欧姆接触特性;室温下器件级TCR在-2%左右,略低于非晶硅薄膜材料TCR的测试值;同时,对该器件进行的升温和降温测试结果表明,文中开发的敏感层材料没有滞回效应。最后...     

利用Cs2CO3和Cs2CO3:BPhen改善OLED的光电性能

碳酸铯(Cs2CO3)是优秀的电子注入材料,本文通过器件ITO/MoO3(3nm)/NPB(40nm)/C545T:Alq3(99∶1,30nm)/Alq3(30nm)/Cs2CO3(xnm)/Al(100nm)优化了Cs2CO3作为电子注入层(EIL)的厚度。Cs2CO3作为EIL,提高了器件的电子注入能力,使更多的电子得以与空穴在发光层复合发光。实验结果表明,Cs2CO3作为EIL的优化厚度为1.5nm时,对应器件的效率是不含Cs2CO3的3倍以上。在Cs2CO3作为EIL的基础上,研究器件结构为ITO/NPB(40nm)/Alq3(45nm)/Cs2CO3:Bphen(0%,5%,10%,15nm)/Cs2CO3(1.5nm)/Al(100nm)时不同浓度的Cs2CO3掺杂电子传输层Bphen(Cs2CO3:Bphen)对器件性能的影响。结果表明,Cs2CO3掺杂浓度较低时(5%)能进一步改善器件的电子传输和注入能力,进而提高器件的发光效率;而掺杂浓度较高时(10%),由于Cs扩散严重,形成淬灭中心,使得发光效率衰减严重。     

Cr_2O_3掺杂TiO_2纳米粉体的制备及气敏性能研究

以钛酸四丁酯、硝酸铬为原料,采用sol-gel法制备了w(Cr2O3)为0~30%的Cr2O3-TiO2纳米粉体。利用XRD、TEM等测试手段分析了粉体的微观结构,采用静态配气法测试了由所制粉体制成的气敏元件对乙醇、CO、NO2等气体的气敏性能。结果表明:用该法得到的粉体材料颗粒粒径小,且均匀;工作电压为4.0 V时,由w(Cr2O3)为20%的粉体在800℃烧结制得的气敏元件对体积分数为30×10–6的乙醇的灵敏度最高可达282,且具有较好的响应–恢复特性,响应时间和恢复时间分别是10 s和24 s。     

Semiconductor‐Type MEMS Gas Sensor for Real‐Time Environmental Monitoring Applications

Low power consuming and highly responsive semiconductor‐type microelectromechanical systems (MEMS) gas sensors are fabricated for real‐time environmental monitoring applications. This subsystem is developed using a gas sensor module, a Bluetooth module, and a personal digital assistant (PDA) phone. The gas sensor module consists of a NO₂ or CO gas sensor and signal processing chips. The MEMS gas sensor is composed of a microheater, a sensing electrode, and sensing material. Metal oxide nanopowder is drop‐coated onto a substrate using a microheater and integrated into the gas sensor module. The change in resistance of the metal oxide nanopowder from exposure to oxidizing or deoxidizing gases is utilized as the principle mechanism of this gas sensor operation. The variation detected in the gas sensor module is transferred to the PDA phone by way of the Bluetooth module.     

磁控反应溅射SnO2薄膜的气敏特性研究

为研究SnO2薄膜的气敏特性,采用直流磁控反应溅射法制备了SnO2薄膜。探讨和分析了SnO2薄膜气敏元件的敏感机理。对SnO2薄膜的电阻和灵敏度的测试以及对实验结果的分析表明:SnO2薄膜厚度在150~400nm为宜,一般膜厚在250nm时较为敏感。在SnO2薄膜中掺入Pd、Pt、Ag等微量杂质可大大提高SnO2薄膜气敏元件的灵敏度,且使灵敏度的峰值向低温方向移动,增强了对H2、CO和C2H5OH等可燃气体的选择性、响应时间由3min缩短到0.5s以下。     

新型结构CO2传感器的研究

介绍了一种新型管式结构固体电解质CO2传感器。该传感器是将溶胶–凝胶法制备的NASICON材料均匀涂敷在Al2O3陶瓷管上,烧结形成厚膜,加热丝穿过管内提供热量。在加热电流为180 mA,CO2浓度为(200~2000)?06时,管式元件灵敏度曲线的斜率达到60,比同电流下平面型元件的斜率高出14.2。35 d内,管式元件在1 000?06浓度下的漂移值为8.8 mV,与平面型元件的漂移值11.3 mV相比,显示了较好的稳定性。     

The Role of NiO Doping in Reducing the Impact of Humidity on the Performance of SnO2‐Based Gas Sensors: Synthesis Strategies,and Phenomenological and Spectroscopic Studies

The humidity dependence of the gas‐sensing characteristics in SnO₂‐based sensors, one of the greatest obstacles in gas‐sensor applications, is reduced to a negligible level by NiO doping. In a dry atmosphere, undoped hierarchical SnO₂ nanostructures prepared by the self‐assembly of crystalline nanosheets show a high CO response and a rapid response speed. However, the gas response, response/recovery speeds, and resistance in air are deteriorated or changed significantly in a humid atmosphere. When hierarchical SnO₂ nanostructures are doped with 0.64–1.27 wt% NiO, all of the gas‐sensing characteristics remain similar, even after changing the atmosphere from a dry to wet one. According to diffuse‐reflectance Fourier transform IR measurements, it is found that the most of the water‐driven species are predominantly absorbed not by the SnO₂ but by the NiO, and thus the electrochemical interaction between the humidity and the SnO₂ sensor surface is totally blocked. NiO‐doped hierarchical SnO₂ sensors exhibit an exceptionally fast response speed (1.6 s), a fast recovery speed (2.8 s) and a superior gas response (R_a/R_g = 2.8 at 50 ppm CO (R_a: resistance in air, R_g: resistance in gas)) even in a 25% r.h. atmosphere. The doping of hierarchical SnO₂ nanostructures with NiO is a very‐promising approach to reduce the dependence of the gas‐sensing characteristics on humidity without sacrificing the high gas response, the ultrafast response and the ultrafast recovery.     

SnO_2基CO气敏材料的制备与掺杂研究

以溶胶–凝胶法制备的SnO2纳米材料为基,采用Sb2O3掺杂改性,制备出CO气敏材料。用XRD分析了材料的结构、物相和颗粒度。通过同步TGA/DSC热重分析的方法分析了材料的稳定性。结果表明:掺入w(Sb2O3)为2%时,可以抑制晶粒度的长大,同时提高了材料的稳定性。工作温度在90~110℃变化时,气敏元件电阻值波动不大((R10R20) /R10= 12%)。R10和R20分别表示元件在空气中90℃和110℃时的阻值。     

La0.7Sr0.3FeO3对SnO2基CO气敏元件性能的影响

采用柠檬酸盐法合成纳米晶La0.7Sr0.3FeO3。为考察其对以SnO2为基体材料的一氧化碳气敏元件性能的影响,将一定质量分数的(1%、3%、5%)La0.7Sr0.3FeO3作为掺杂剂掺入SnO2粉体中。测试结果表明,La0.7Sr0.3FeO3的掺入改善了气敏元件的长期稳定性,同时提高了元件对CO气体的灵敏度,经10 d的老化后,80 d内元件阻值变化不超过±10%。用4A分子筛对元件进行表面修饰,改善了元件的选择性。     

Gas permeable silver nanowire electrode for realizing vertical type sensitive gas sensor

We successfully demonstrated a Poly (3-hexylthiophene) (P3HT) diode gas sensor with silver nanowires as a gas permeable top electrode. The silver nanowires dispersed in isopropyl alcohol (IPA) were used to form a top electrode by a simple drop-casting method. The meshes between nanowires enable gas molecules pass through the electrode and diffuse into the underlying organic sensing layer to dope or dedope the organic semiconductor. Here, the proposed sensor successfully detects ammonia down to 30 parts-per-billion (ppb), which is sensitive enough in many applications including breath ammonia monitoring as a point-of-care application.