MWCNTs/多孔ZnO纳米材料的制备及室温NO气敏性研究

为开发室温气敏传感器材料,以Zn(NO3)2.6H2O为锌源、尿素为沉淀剂,在制备水合碱式碳酸锌(Zn4CO3(OH)6.H2O)的过程中加入羧基化的MWCNTs(MWCNT-COOH),焙烧制备了MWCNTs/ZnO复合材料.采用XRD,SEM和TEM等对其进行了分析.结果表明:复合材料中MWCNTs分散均匀,ZnO呈多孔纳米片状,纳米片由多个尺寸在10～20 nm的ZnO颗粒组成;在室温、空气湿度为50%的氛围中测试复合材料对NO的气敏响应发现,复合材料对体积浓度1×10-4的NO气敏响应灵敏度大约是MWCNT-COOH的3倍,明显高于MWCNT-COOH;对比加入不同量MWCNT-COOH制备的3种复合材料对NO的气敏性可知,加入200 mg MWCNT-COOH所制备的复合材料对低浓度(体积浓度≤50×10-6)的NO气体表现出较高的灵敏度.     

聚噻吩掺杂纳米ZnO的制备及气敏性能

利用水热法制备了纳米ZnO颗粒,同时采用聚噻吩对其原位改性,利用X射线粉末衍射仪、扫描电镜和红外光谱对所制ZnO复合材料的结构和形貌进行表征分析。将合成的改性ZnO纳米颗粒用于传感材料,研究了其在检测挥发性有机物中的气敏性能。结果表明:聚噻吩掺杂纳米ZnO有利于复合材料气敏性能的提高,添加量不同对丙二醇的选择性和响应有明显影响,当掺杂量为10%(质量分数)时,对5×10-6的丙二醇的响应达到14。说明聚噻吩改性的纳米ZnO是可以有效检测丙二醇的气敏性材料。     

碳纳米管掺杂ZnO复合材料的乙醇气敏特性研究

采用简单的一步式水热法制备了颗粒状纳米ZnO,以纳米ZnO为基体材料通过球磨法进行碳纳米管(CNTs)掺杂制备CNTs-ZnO复合材料，研究了改变CNTs含量(1%、3%、5%)对ZnO传感器气敏性能的影响。结果表明：通过CNTs掺杂，ZnO传感器的灵敏度得到大幅度提高且工作温度呈现降低的趋势，其中3%-CNTs/ZnO复合材料在最佳工作温度360℃下对乙醇浓度为100×10^-6的响应值(S=R_a/R_g)为98.329,是纯纳米ZnO的2.5倍。优异的性能主要归因于CNTs的掺杂增加了CNTs-ZnO复合材料的比表面积，而且可以促进CNTs在ZnO界面形成p-n异质结。     

Al_2O_3掺杂ZnO微米花对丙酮超高灵敏度和优异选择性

利用水热合成技术,成功制备具有孔道的纯ZnO微米花和Al_2O_3掺杂的ZnO(Al_2O_3-ZnO)微米花。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)对样品的形貌和结构进行表征。利用所得的纯ZnO和Al_2O_3-ZnO样品制备气敏元件,并对其气敏特性进行研究。结果表明:在工作温度为260℃时,基于Al_2O_3-ZnO的气敏元件对100×10~(-6)的丙酮气体的灵敏度约为82.8,约为同条件下基于纯ZnO的气敏元件对丙酮气体灵敏度(18.0)的4.6倍,其响应时间和恢复时间分别为3s和8s,是同条件下干扰气体中灵敏度最高的乙醇气体的灵敏度(26.2)的3.16倍,该元件具有优异的选择性,能成功区分具有相似性质的丙酮和乙醇。此外,Al_2O_3-ZnO器件可检测到0.25×10-6的丙酮气体,其灵敏度约为3.1。     

三维石墨烯/聚噻吩杂化材料制备及室温气敏性能

以三维石墨烯和噻吩为原料,利用化学氧化聚合法合成二元杂化材料三维石墨烯/聚噻吩(3D-rGO/PTh),噻吩单体在载体石墨烯片的表面发生聚合反应。杂化材料表征使用扫描电镜、红外光谱仪和比表面测试仪。结果表明,杂化材料有大量空隙,具有较大的比表面积。室温下,石墨烯质量含量7%时,复合物对NO_2具有较好的气敏性能,NO_2浓度10×10~(-6)时,灵敏度达到34.1。复合材料气敏性能提高的原因在于大比表面积和协同效应。     

片状ZnO/ZIF-8异质结的正丁醇气敏性能增强研究

本文利用水热法，以2-甲基咪唑和氧化锌(ZnO)纳米片为原料原位合成了片状ZnO/ZIF-8异质结复合材料。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)和扫描电子显微镜(SEM)对样品进行表征，并通过气敏性能测试仪系统研究了样品的气敏性能，进一步探讨了ZnO/ZIF-8气敏性能增强的可能机理。气敏性能分析结果表明：与纯相ZnO(其最佳工作温度为180℃)相比，ZnO/ZIF-8的最佳工作温度降低为160℃。在最佳工作温度下，ZnO/ZIF-8对正丁醇表现出了优异的选择性，对200 ppm正丁醇的响应达到了76.778。在5～200 ppm正丁醇浓度范围内，ZnO/ZIF-8的灵敏度与浓度的相关性近似呈线性，重复性及稳定性良好，适合检测低浓度的正丁醇气体。     

三维石墨烯/聚苯胺纳米线复合材料合成及室温气敏性能

以三维石墨烯和苯胺为原料,使用化学氧化聚合法制备二元复合材料三维石墨烯/聚苯胺纳米线(3D-rGO/PANI),石墨烯既是气敏材料的组成部分,又是聚苯胺的生长模板。复合材料的结构表征使用扫描电镜、红外光谱仪和比表面测试仪。结果表明:PANI是线状结构,复合材料有大量空隙,比表面积大。室温下,和纯PANI相比,3D-rGO/PANI对H2表现出较好的气敏性能,H2浓度为500×10-6时,灵敏度达到10.6。复合材料的大比表面积和协同效应有助于气敏性能提高。     

多功能nano ZnO/PMMA复合材料的制备与性能

采用一种简单、环保的方法原位制备了纳米ZnO/聚甲基丙烯酸甲酯（nano ZnO/PMMA）复合材料,并对其抗紫外性质、透明性、光致发光性质和抗菌性进行了研究。以乙醇为溶剂在30℃溶解单体、引发剂、前驱体和催化剂;升温到80℃使甲基丙烯酸甲酯（MMA）的聚合与ZnO的合成同时进行;蒸发去除溶剂即可获得nano ZnO/PMMA复合材料。采用XRD、FTIR、TEM和UV-Vis对nano ZnO/PMMA复合材料进行表征。结果表明,已成功制备nano ZnO/PMMA复合材料;所制备的nano ZnO/PMMA复合材料能够吸收200~400 nm的紫外辐射,且在可见光区域具有高的透明度;光致发光测试表明,nano ZnO/PMMA复合材料在紫外光激发下能够发出明亮的蓝绿光;抗菌测试表明,nano ZnO/PMMA复合材料对金黄色葡萄球菌具有显著的抗菌效果,其抗菌率大于99%。多功能nano ZnO/PMMA复合材料在紫外屏蔽涂层、抗紫外有机玻璃、荧光材料、抗菌塑料制品等诸多领域有潜在应用。     

Cu2+掺杂ZnO纳米棒的制备及气敏性能研究

通过溶剂热法(无水乙醇)制备了Cu2+(0～6mol%)掺杂ZnO纳米棒粉体,采用X射线衍射仪和扫描电镜对掺杂ZnO纳米粉体的晶体结构和微观形貌进行了表征.研究了Cu2+掺杂比例、溶剂热反应温度及时间对材料气敏性能的影响;考察ZnO(120℃,10h)和3mol%Cu2+掺杂ZnO(120℃,10h)粉体对应元件对甲醛、乙酸、甲苯、乙醇、丙酮、三甲胺等六种气体的气敏性能.结果表明:通过溶剂热法制备的ZnO粉体为纳米棒状结构,棒长度和直径随Cu2+掺杂比例不同发生变化;3mol%Cu2+掺杂ZnO(120℃,10h)样品对应元件对低浓度乙醇有很好的选择性,在395℃工作温度下对1×10–3乙醇的灵敏度为380.5,响应和脱附时间分别为5 s和40 s,对1×10–6乙醇的灵敏度可达4.2.     

溶胶-凝胶法制备碳纳米管/ZnO纳米复合材料及其氨敏性研究

以碳纳米管为模板,采用溶胶-凝胶法合成了碳纳米管(CNT)/ZnO纳米复合材料,用XRD、TEM、IR和EDS对产物进行了表征,研究了用该材料制成的气敏元件在室温下对NH3的气敏性。结果表明,产物是由ZnO均匀包裹在碳纳米管上构成的一种纳米复合材料,管径约50~60nm。这种复合材料可大大降低元件的阻值,提高元件的灵敏度。当碳纳米管加入量为60%[与Zn(CH3COO)2.2H2O的摩尔比]时,元件灵敏度最大,且灵敏度随NH3浓度的增大而增大,NH2从100ppm(10-6)以后,灵敏度变化平缓。     

聚吡咯/SnO2复合材料气敏性能研究

采用化学氧化聚合法合成了聚吡咯(PPy),并通过机械共混法制备了PPy/SnO2/PVA复合薄膜材料,研究其在室温下对乙醇和丙酮气体的敏感性。结果表明:PPy/SnO2/PVA材料随着SnO2的增加表现出较好的选择性,响应和恢复时间缩短,灵敏度下降。当SnO2为40%时,PPy/SnO2/PVA对乙醇气体响应时间比PPy/PVA缩短了65%,恢复时间缩短了68%,而灵敏度下降了39%,材料的稳定性得到提高。PPy/SnO2/PVA复合材料在乙醇和丙酮气体中显示出不同的气敏性和响应恢复时间,但灵敏度相差不大。膜厚易导致材料灵敏度降低和响应、恢复时间变长。此外,该类气敏复合材料具有良好的重复性、稳定性。     

掺多壁碳纳米管的ZnO对乙醇的气敏性能

采用化学气相沉积法制备了多壁碳纳米管(MWNTs),并向ZnO粉体中掺入不同比例的MWNTs,利用扫描电子显微镜(SEM)对合成物进行了表征,以该合成物为敏感材料制成了旁热式结构的气体传感器,通过元件对乙醇气敏特性的测试表明,MWNTs的掺杂显著地提高了ZnO气敏材料对乙醇气体的灵敏度,当乙醇气体浓度为5.0×10-5时,元件的灵敏度为46,响应恢复时间分别为4和20s,并测试了传感器对于常见干扰气体的灵敏度,表明器件具有良好的选择性。     

g-C3N4/SnO2异质分层结构的水热合成及其气敏性能研究

采用一步水热法合成了不同比例(0,1%,3%,5%,7%,9%(质量分数))异质分层结构的g-C_3N_4/SnO_2复合材料。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描(SEM)和透射(TEM)电子显微镜、BET比表面积测试和发致发光光谱(PL)对材料的晶体结构、形貌、化学组成和光学性能进行了表征。将制备的复合材料应用于气体传感器,对乙醇进行气敏性能测试。结果表明,复合5%(质量分数) g-C_3N_4的SnO_2气体传感器的最佳工作温度为270℃,对40×10~(-6)乙醇的灵敏度达到77.5,是纯SnO_2气体传感器的灵敏度的8.4倍。最后,对复合材料g-C_3N_4/SnO_2的气敏性能优化机理进行了分析讨论。     

CeO2掺杂ZnO厚膜的制备及气敏性能的研究

采用sol-gel法制备ZnO及CeO2掺杂量分别为6%、7%和8%(质量分数)的ZnO粉体。通过XRD、SEM对材料的表面形貌和结构进行表征。研究了掺杂量对粉体制备的影响。采用静态配气法对该粉体制成的气敏元件进行测试,结果表明,在工作温度仅为85℃的条件下,7%(质量分数)CeO2-ZnO气敏传感器对饱和丙酮蒸汽的灵敏度最高达9634,响应时间为3s,恢复时间为2s;在较低浓度2.0×10-4时灵敏度也可达30左右。并对丙酮气敏传感器的气敏机理进行了进一步探讨。     

外电场极化对纳米氧化锌结构性能的影响

提高气体选择性是半导体金属氧化物气敏材料研究的关键问题。本文采用微波法制备了纳米ZnO,进一步对其进行了外电场极化处理,研究极化效应对纳米氧化锌性能的影响规律及机制。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及拉曼光谱仪(Raman)对产物的结构、微观形貌、拉曼活性等进行了表征,测定了其在乙醇、丙酮气氛中的气敏特性。结果表明,外电场极化导致ZnO在438cm~(-1)处的拉曼特征峰强度明显降低。随着极化时间延长,纳米ZnO气敏元件在丙酮气体中的灵敏度逐渐升高,在乙醇气体中的灵敏度逐渐降低,外电场极化提高了纳米ZnO对乙醇和丙酮气体的选择性。     

聚吡咯/碳纳米管复合纳米材料的制备、表征及其气敏性能

通过原位化学氧化聚合法成功制备了聚吡咯(PPy)包裹酸处理多壁碳纳米管(F-MWCNTs)的复合材料(PPy/F-MWCNTs). 对所制备的PPy/F-MWCNTs纳米复合材料, 分别采用傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、比表面分析(BET)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)进行表征. 实验结果表明: 在F-MWCNTs表面均匀包覆了一层约25~40nm厚的PPy, PPy/F-MWCNTs的比表面积较单一的聚吡咯提高了近3倍. 基于PPy/F-MWCNTs的气敏元件在室温下对NH₃的气敏性能较单一聚吡咯和碳纳米管具有更高的灵敏度, 更短的响应时间以及更好的稳定性, 其中对体积浓度为200×10^-6的NH₃的灵敏度能达到1.9, 响应时间为135s. 另外与PPy包覆未经酸处理的MWCNTs相比, PPy/F-MWCNTs的灵敏度更高.     

掺杂Al2O3纳米粉对ZnO厚膜气敏传感器性能的影响

以ZnO纳米粉(平均粒径30 nm)和Al2O3纳米粉(平均粒径5 nm)为原料,利用传统的厚膜气敏传感器制备工艺制备了纯ZnO厚膜气敏传感器和掺杂Al2O3(掺杂量为2wt%和5wt%)的ZnO厚膜气敏传感器.对这三种厚膜传感器的本征电阻及对乙醇蒸汽的敏感特性进行了测试.结果表明:掺杂少量Al2O3纳米粉可明显降低ZnO气敏传感器的本征电阻,改善传感器的烧结性能,同时还可降低其最佳工作温度,提高器件对乙醇的灵敏度.结合厚膜气敏传感器的显微结构分析结果,对出现上述差异的原因进行了讨论.     

ZnO纳米线CO气敏性能与气体浓度的关系研究

以采用物理热蒸发法制备的纯ZnO纳米线和掺杂Ni、Al的ZnO纳米线为气敏基料,以蒸馏水调和制备成旁热式气敏元件,用静态配气法对一系列浓度的一氧化碳气体进行了气敏性能的测试。结果表明掺杂的纳米ZnO元件与纯的纳米ZnO元件相比对CO气体的灵敏度更高,三种元件的灵敏度与所测气体浓度均呈现先上升后下降的变化趋势,且在同一浓度下出现最高值。     

分级结构聚苯胺/多壁碳纳米管纳米复合物的制备、表征及其气敏性能研究

采用简单的阳离子表面活性剂诱导原位聚合方法制备了具有针状结构的聚苯胺(PANI)包覆多壁碳纳米管(MWCNTs)的分级结构材料.分别采用红外光谱(FT-IR)、紫外可见(UV-Vis)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热重(TG)、气敏测试等分析测试手段对PANI/MWCNT的组成、形貌、微观结构、热稳定性和气敏性能进行了表征和测试.结果表明,在MWCNTs上均匀包覆了约20nm厚的针状PANI,该材料制备的气敏元件在室温下对NH3的灵敏度,重复性明显好于纯PANI,灵敏度也高于非针状PANI包覆的PANI/MWCNT.     

ZnO纳米棒的制备与气敏性能的研究

以Zn(NO3)2·6H2O和NaOH为原料,CTAB为表面活性剂,通过微波辅助液相反应过程在低温下成功地制备了ZnO纳米棒.X射线衍射谱和扫描电镜结果表明,产物是六方纤锌矿结构ZnO纳米棒,长度为5～30μm,直径为0.1～1μm.气敏性能测试表明,所制备的ZnO纳米棒对H2S气体具有较好的选择性,但灵敏度不高.对ZnO纳米棒进行In掺杂后,对H2S气体的灵敏度和选择性大幅提高,在工作温度为332℃时,对体积分数为50X10-5的H2S灵敏度为29.217,说明In掺杂的ZnO纳米棒是有潜力的探测H2S气体的气敏传感器材料.