ZnO掺杂TiO2厚膜的sol-gel法制备及气敏特性研究

利用钛酸丁酯与无水乙醇的水解反应制备了纳米TiO2厚膜,并对其进行了不同含量的ZnO掺杂和不同温度的退火.通过XRD和SEM对所制备的ZnO-TiO2纳米粉的物相结构和表面微观形貌进行了表征,利用气敏元件测试系统对用其制备的气敏元件的气敏特性进行了检测,研究了ZnO的掺杂量和退火温度对TiO2厚膜气敏性能的影响,并对T...     

Sol-gel法制备ZnO-TiO_2厚膜及其气敏特性研究

以钛酸丁酯的水解反应制备了ZnO掺杂的纳米TiO2厚膜。通过XRD和SEM对不同退火温度下制备出的不同掺杂量的ZnO-TiO2粉体进行物相分析和表面形貌比较,并利用气敏测试系统检测其气敏特性。讨论了掺杂量和退火温度对ZnO-TiO2厚膜气敏特性的影响,同时分析了其气敏机理。结果表明:700℃退火,w(ZnO)=4%的ZnO-TiO2结晶尺寸达到26.8 nm,体现出对丙酮蒸气单一的选择性,灵敏度为8 913,响应和恢复时间均为2 s。     

纳米ZnO基掺杂气敏元件阵列的制备与特性

以金属蒸气氧化法制备的纯纳米ZnO为气敏原料,通过丝网印刷技术在Al2O3基片上制得纯ZnO和掺杂ZnO的气敏元件阵列。结果表明,元件阵列具有低的功耗,纯ZnO气敏元件阵列在350~400℃对橙汁、可乐、酒精和汽油有较高的敏感性,灵敏度分别为2.9,2.9,53.5和43.4。通过Bi2O3+Cu2O的掺杂,可以降低纯ZnO的电导,并进一步提高气敏元件在250~350℃温度区间对汽油的敏感性。并对其气敏机理进行了探讨。     

微球状ZnO纳米粉体的制备与气敏性能研究

以Zn(CH3COO)2·2H2O为原料,无表面活性剂存在时,利用水热法合成了微球状ZnO纳米粉体。采用XRD,SEM和TEM等测试手段,对其物相、结构进行了表征。结果表明:此粉体为六方晶系的ZnO,结晶良好,直径小于4μm。利用该粉体制成气敏元件,并用静态配气法测试了元件的气敏性能。研究发现:元件在180℃工作温度下,对体积分数为50×10–6的丙酮和乙醇气体的灵敏度分别达到5.9和8.6。     

固相法制备ZnO纳米粉及其气敏性能研究

以六水合硝酸锌和碳酸氢铵为原料,采用室温固相法制备前驱体碱式碳酸锌,然后在马弗炉中于600℃煅烧,得到ZnO纳米粉体。用XRD,TEM对其形貌、结构进行了表征。结果表明:所制备的ZnO结晶良好,其粒径为20~50 nm。用其制成气敏元件,并用静态配气法测试其气敏性能,发现在工作温度为290℃左右,该气敏元件对体积分数为0.001%的Cl2的灵敏度高达288。     

sol-gel法制备CuO掺杂的TiO_2厚膜及其气敏特性

采用溶胶凝胶法制备了纯TiO2和掺杂质量分数为5%,7%和9%CuO的TiO2纳米粉体,并对样品进行了不同温度(500,700和900℃)的退火处理。通过涂敷法制备成气敏元件,利用XRD和SEM对样品的结构和表面形貌进行了表征,并利用气敏测试系统检测其气敏特性。研究了CuO掺杂质量分数和退火温度对TiO2厚膜气敏性能的影响,进一步讨论了TiO2厚膜的气敏机理。结果表明:CuO的掺杂有效抑制了TiO2晶粒的生长,增加了对光子的利用率,降低了工作温度,提高了气敏特性。700℃退火后,质量分数为7%的CuO掺杂TiO2样品的结晶尺寸达到14.5 nm,气敏元件表现出对丙酮蒸汽单一的选择性,灵敏度为3 567,响应和恢复时间均为2 s。     

SnO_2厚膜NO_2新型气敏元件的研制

根据霍耳效应,用真空镀膜法制备之SnO2厚膜,制备了NO2新型气敏元件,并对其气敏性能进行了测试。结果表明:在一定的温度和湿度下,即使没有加热,元件对体积分数为20×10–6的NO2气体的灵敏度可达5.94,响应时间为36 s,恢复时间为22 s。因此,利用霍耳效应来制作气敏元件是一条可行的新思路。     

ZnAl2O4缓冲层对ZnO外延层晶体质量的影响

首次报道了通过引入ZnAl2O4缓冲层,以金属源化学气相外延法(MVPE)生长的ZnO晶体质量明显提高.ZnAl2O4缓冲层是通过对溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜进行高温退火而得到的.用双晶X射线衍射仪(DCXRD)对样品进行了θ-2θ和摇摆曲线测量,在ZnAl2O4缓冲层上生长的ZnO厚膜具有高度的择优取向性和良好的晶体质量(摇摆曲线半高宽为342").用电子扫描显微镜(SEM)观察样品横截面,并测得样品厚度约为10μm.     

SnO_2厚膜与基板附着强度及气敏性能研究

通过溶胶-凝胶法制备了SnO2纳米粉末,用丝网印刷法制备了以氧化铝陶瓷为基板的SnO2厚膜。分别采用SEM、XRD及电化学工作站表征了SnO2的结构与形貌并测试了其气敏性能。结果表明,所制备的SnO2平均颗粒粒径约为60 nm,为四方相结构。与SnO2直接附着在氧化铝基板的厚膜(样品A)相比,以玻璃粉作为SnO2和氧化铝基板粘结剂的厚膜(样品B)附着强度更高,解决了SnO2与氧化铝基板附着强度差的问题;以玻璃粉为粘结剂制备的厚膜对H2具有稳定的气敏性能。     

ZnAl2O4缓冲层对ZnO外延层晶体质量的影响

首次报道了通过引入ZnAl2O4缓冲层,以金属源化学气相外延法(MVPE)生长的ZnO晶体质量明显提高.ZnAl2O4缓冲层是通过对溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜进行高温退火而得到的.用双晶X射线衍射仪(DCXRD)对样品进行了θ-2θ和摇摆曲线测量,在ZnAl2O4缓冲层上生长的ZnO厚膜具有高度的择优取向性和良好的晶体质量(摇摆曲线半高宽为342").用电子扫描显微镜(SEM)观察样品横截面,并测得样品厚度约为10μm.     

CuPc/ZnO杂化材料的气敏性能研究

为了改善有机半导体材料CuPc的气敏性能,采用溶液法制备了含有不同量ZnO的CuPc/ZnO杂化材料。利用SEM、XRD等测试手段对所制CuPc/ZnO杂化材料进行了表征,并研究了其气敏性能。结果表明:当质量分数w(ZnO)为10%时,CuPc/ZnO杂化材料对Cl2的灵敏度最佳;与未杂化的CuPc相比,其在175℃的最佳工作温度下对体积分数为10×10–6的Cl2的灵敏度提高了1.79倍;另外,该材料对更低浓度的Cl2也具有良好的响应,在175℃温度下,其对体积分数为1×10–6的Cl2的灵敏度为5.3;CuPc/ZnO杂化材料对Cl2具有良好的选择性和响应特性,但恢复时间较长。     

电化学WO_3基丁烷气敏元件的研制

在WO3粉体材料中,加入一定量的添加剂(Pt,Pd,PtO2,PdCl2,SnO2,SiO2和Al2O3),于600℃烧结1h,制成旁热式厚膜丁烷气敏元件。采用静态电压测量法,研究了元件的加热功率与元件灵敏度(β)的关系以及添加剂对元件的响应与恢复时间的影响。结果表明:掺入质量分数为0.5%的PdCl2,在加热功率为600mW时,丁烷气敏元件的灵敏度提高约12倍,元件的响应和恢复时间分别缩短约70%和85%。     

Al掺杂ZnO厚膜的sol-gel法制备及其气敏性能研究

以硝酸锌、硝酸铝和氢氧化钠为原料,采用sol-gel法制备铝掺杂的纳米氧化锌厚膜(样品),并利用XRD和SEM对其微观结构进行了表征。研究了铝掺杂量和退火温度对ZnO厚膜的气敏性能的影响。结果表明:700℃退火、掺w(Al)为2.9%的样品对体积分数为4.0×10–1的丙酮有很好的选择性,最大灵敏度达到7 779左右,最佳工作温度约为162℃,响应、恢复时间均为1 s,最后讨论了铝掺杂纳米氧化锌的气敏机理。     

超细铁酸镉材料的制备及其气敏性能研究

以FeSO4·7H2O和CdCl2·2.5H2O为原料,采用化学共沉淀法制备了纳米尺寸CdFe2O4粉体。利用X射线衍射仪、透射电镜对粉体的形貌、结构进行了表征。研究表明,用化学共沉淀法制备的CdFe2O4结晶情况良好,分布均匀,平均粒径约为80 nm。以CdFe2O4纳米粉体为原料制备了厚膜气敏元件,在工作温度为400左右时,该元件对乙醇具有较高的灵敏度、好的稳定性和选择性。并对气敏机理给予了解释。     

(Li,Mg)∶ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及特性表征

利用溶胶-凝胶旋涂制膜方法制备了具有良好表面形貌及c轴择优取向性的(Li,Mg)∶ZnO薄膜。重点研究了该法制膜时不同膜厚(Li,Mg)∶ZnO薄膜的结构及光学性质。扫描电子显微镜(SEM)图像及X射线衍射(XRD)图谱分析结果表明随着膜厚的增加,薄膜晶粒尺寸逐渐增大,薄膜的晶化程度及c轴择优取向性增强。但薄膜厚度的增加是有一定范围的,当薄膜厚度过大时,薄膜均匀性、致密性及c轴择优取向性显著下降。样品的荧光光致发光(PL)谱表明,Mg的掺入使近紫外发光峰出现了蓝移,恰当膜厚的(Li,Mg)∶ZnO薄膜发光特性主要以深能级发射(DLE)为主,蓝绿发光峰强度很高。     

(Li,Mg):ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及特性表征

利用溶胶-凝胶旋涂制膜方法制备了具有良好表面形貌及c轴择优取向性的(Li,Mg):ZnO薄膜.重点研究了该法制膜时不同膜厚(Li,Mg):ZnO薄膜的结构及光学性质.扫描电子显微镜(SEM)图像及X射线衍射(XRD)图谱分析结果表明随着膜厚的增加,薄膜晶粒尺寸逐渐增大,薄膜的晶化程度及c轴择优取向性增强.但薄膜厚度的增加是有一定范围的,当薄膜厚度过大时,薄膜均匀性、致密性及c轴择优取向性显著下降.样品的荧光光致发光(PL)谱表明,Mg的掺入使近紫外发光峰出现了蓝移,恰当膜厚的(Li,Mg):ZnO薄膜发光特性主要以深能级发射(DLE)为主,蓝绿发光峰强度很高.     

制备工艺对厚膜SnO_2气敏元件性能的影响

采用平面丝网印刷技术制备不同厚度的 Sn O2 厚膜气敏试样 ,在不同温度下进行热处理后 ,测量试样对乙醇气体的灵敏度 ,研究热处理温度及敏感膜厚度等对元件性能的影响。结果表明 ,热处理温度和膜厚的均匀性会影响元件的电阻值和灵敏度 ,准确控制热处理温度和膜厚能显著改善元件的灵敏度和一致性。     

采用粉末溅射的薄膜型气敏元件与测试特性

利用粉末溅射,研究了 SnO2/CeO2微型平面薄膜。结果表明:薄膜最佳掺杂范围(5%~20%)、最佳灵敏度膜厚(150 nm)、响应时间与恢复时间随膜厚变化遵循次方定律;制备出稳定性好的气敏元件,灵敏度 S 为 20~80,对航空汽油气选择性 Sl为 8~20,响应时间τs<10 s,恢复时间τc<15 s。并对影响灵敏度测试的条件,例如测试电压、湿度影响、反应温变等进行了分析。     

基于氧化锌涂层无芯光纤的氨气传感器研究

为实现大气污染物中氨气(NH₃)的快速、准确测量，本文提出了一种基于氧化锌(ZnO)涂层单模-无芯-单模(SNS)光纤结构的高灵敏度NH₃传感器。该传感器利用的是ZnO膜层吸附NH₃后自身折射率改变，进而导致无芯光纤干涉谱谐振波长发生变化的特性。通过建立NH₃体积分数与谐振波长偏移量的关系，最终实现了NH₃体积分数的测量。本文基于模式传输理论对ZnO涂层SNS传感器的光谱特性进行了仿真，仿真结果显示：当ZnO膜层的折射率从1.929变化至1.889时，60 nm和130 nm ZnO膜厚下SNS传感器的灵敏度分别为11.8 nm/RIU和28.6 nm/RIU。制备了ZnO膜厚分别为60 nm和130 nm的SNS传感器，其在NH₃体积分数为0～42.0×10^-6环境下的灵敏度相差不大，这主要是由ZnO对NH₃的吸附饱和引起的。进一步分析获得60 nm ZnO膜厚下SNS传感器的平均灵敏度为16.87×10     

V掺杂ZnO中空微笼结构的制备及其对H_2S检测气敏性能

采用溶剂热法制备了纯ZnO与V掺杂ZnO中空微笼结构,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线能量色散谱(EDS)对其微观形貌和晶体结构进行表征,发现由纳米颗粒组成的菱形十二面体V掺杂ZnO中空多孔结构在掺杂V后有V_2O_5晶体生成。进一步制备了基于纯ZnO与V掺杂ZnO中空微笼结构的气体传感器,并研究了传感器对H_2S的气敏特性。测试结果表明,基于V掺杂ZnO中空微笼结构的传感器对体积分数为5×10~(-6)的H_2S的响应值达到90.2,气敏性能更加优异。而且该传感器在100℃的最佳工作温度下,具有体积分数2×10~(-7)～1×10~(-5)的良好线性动态区间和优异的选择性,并实现了在300℃的快速恢复。最后,分析了V掺杂ZnO中空微笼结构的气敏性能增强机理。