掺杂Fe_2O_3对ZnO多孔纳米固体厚膜气敏传感器性能的影响

以ZnO纳米粉(平均粒径30 nm)和Fe2O3,纳米粉(平均粒径90 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多孔纳米固体厚膜气敏传感器和掺杂Fe2O3(掺杂量为1wt%,2wt%和5wt%)的ZnO厚膜气敏传感器.分别测试了这四种厚膜气敏传感器的本征电阻(传感器在空气中的电阻值)及其对乙醇,汽油,丙酮,对二甲苯,氢气,甲烷和CO敏感特性.结果表明:当工作温度在较低时,Fe2O13,的掺杂可明显降低ZnO多孔纳米固体厚膜气敏传感器的本征电阻,并提高其工作稳定性,而适量Fe2O3的掺杂可以提高ZnO多孔纳米固体厚膜气敏传感器对乙醇蒸气和汽油的灵敏度.结合对传感器厚膜的显微结构分析结果,我们对出现上述差异的原因进行了初步讨论.     

利用纳米ZnO粉制备厚膜气敏传感器的研究

以ZnO纳米粉(平均粒径30nm)为原料,利用水热热压方法制备了ZnO多孔纳米固体,同时用通常的水热法对ZnO纳米粉进行了预处理(预处理ZnO纳米粉)。然后,分别以ZnO多孔纳米固体和预处理ZnO纳米粉为原料,制备了厚膜气敏传感器。本征电阻的测试结果表明,这两种厚膜气敏传感器的本征电阻比用未经处理的ZnO纳米粉(以下简称“原料ZnO纳米粉”)制备的厚膜气敏传感器大大降低并很快达到稳定状态。有效地改善了器件工作的稳定性。结合对三种传感器的显微结构分析,对出现上述差异的原因进行了讨论。     

ZnO多孔纳米固体厚膜气敏传感器的制备和性质表征

以ZnO纳米粉(平均粒径30nm)为原料,利用水热热压方法制备了多孔的ZnO体块纳米固体,测试了以多孔纳米固体为原料制成的厚膜气敏传感器对挥发性有机化合物(VOCs)乙醇、丙酮、苯、甲苯和二甲苯蒸气的气敏特性,并与用ZnO纳米粉制备的厚膜传感器进行了比较.结果发现,与ZnO纳米粉相比,用ZnO多孔纳米固体制备的厚膜传感器在空气中的电阻大大减小,最佳敏感温度降低、响应时间和恢复时间大大缩短.通过综合分析ZnO纳米粉和ZnO多孔纳米固体的XRD、TEM及厚膜传感器的SEM测试结果研究了厚膜传感器气敏特性的差异.     

基于正交试验的La_2O_3掺杂SnO_2气敏传感器的研究

以SnO2纳米粉和La2O3纳米粉为原料,采用高能球磨技术,结合正交试验设计,制备了经过高能球磨的纯SnO2纳米粉体和掺杂适量La2O3的SnO2纳米粉体。利用传统的厚膜气敏传感器制备工艺,制备了纯SnO2厚膜气敏传感器及掺杂一定量La2O3的SnO2厚膜气敏传感器。并对其本征电阻及其对乙醇、汽油、丙酮、氢气和CO等气体的敏感特性进行了测试。结果表明各因素对综合气敏性能影响的显著性水平由大到小依次为La2O3掺杂浓度〉烧结时间〉老化时间〉烧结温度。同时,通过分析还得到了最佳组合工艺。La2O3掺量为5%（质量分数）,烧结时间为2h,老化时间为7d,烧结温度为650℃条件下制备的气敏元件的综合气敏性能最好,其中对1.0×10-3乙醇蒸气的灵敏度达107.2,对相同浓度的干扰气体的选择性分别为S乙醇/S汽油=11.3,S乙醇/S丙酮=9.1。     

水热处理对SnO2厚膜气敏传感器性能的影响

研完了水热处理对于SnO2厚膜气敏传感器性能的影响。为了便于作对比,首先把SnO2纳米粉（平均粒径约200nm）平均分为两份：一份不经处理,直接用传统的厚膜传感器制备工艺制成气敏传感器（称为“原粉传感器”）;另一份经过200℃水热处理后,用同样的工艺制备成厚膜气敏传感器（称为“预处理粉传感器”）。利用乙醇、丙酮、CH4、H2和CO气体对这两种气敏传感器的性能进行了测试,结果表明预处理粉传感器的灵敏度和选择性明显优于原粉传感器。为了分析出现这种差异的原因,我们对这两种传感器的显微结构进行了分析,并在此基础上对实验现象进行了讨论。     

Sb掺杂对ZnO厚膜的电导和气敏性能的影响

用共沉淀的方法,制备了纤锌矿结构的ZnO及其掺Sb的ZnO纳米粉.X射线衍射(XRD)分析表明,当锑掺量小于5wt%时没有新相生成.纯ZnO和掺Sb的ZnO器件的气敏和电阻测试结果发现:不同的厚膜烧结工艺对气体的敏感性影响较大,并且掺Sb后ZnO的气敏性能有所提高,电导峰消失.从缺陷角度、XPS分析的结果进行了讨论,初步解释了锑的掺入导致电导变化和气敏性能提高的原因.     

sol-gel法制备的SnO_2-TiO_2厚膜及其气敏特性研究

采用sol-gel法,以钛酸丁酯、四氯化锡为前驱体制备了不同掺杂量的Sn O2-Ti O2纳米粉末,样品经300,500,700和900℃退火后,利用浸渍提拉法,在Al2O3陶瓷管表面制备了Sn O2-Ti O2厚膜。通过XRD和SEM对制备的纳米粉末的物相、形貌进行表征,静态配气法对其气敏性能进行测试,并结合分子轨道理论探讨了气敏机理。实验结果表明,经700℃退火的4%(原子分数)掺杂的Sn O2-Ti O2气敏元件,对乙醇气体具有很好的选择性,在工作温度为63℃时,对乙醇气体的灵敏度可达1 903,响应-恢复时间分别为1和3 s,所制备的气敏元件有望用于乙醇气体的实用化检测。     

ZnO-Bi2O3混合氧化物厚膜的结构和气敏性能

采用金属蒸气氧化的方法制备了针状ZnO和椭球形Bi2O3纳米颗粒作为气敏厚膜的原材料，其中得到的Bi2O3为δ相和β相的混合物．通过XRD和SEM分析了ZnO、Bi2O3以及ZnO-Bi2O3混合物厚膜的物相和表面形貌，并测试了厚膜的电导和气敏性能．结果发现纯Bi2O3对乙醇和丙酮蒸气有一定的气敏性能，表现为P型导电；与纯ZnO相比，ZnO-Bi2O3混合物厚膜对苯、甲苯和二甲苯的敏感度降低，这与厚膜晶粒尺寸增大、其晶界势垒高度增大有关，然而Bi2O3可能作为一种弱的催化剂提高了厚膜对乙醇和丙酮的敏感性能．     

ZnO同质p-n结的研究

调节反应气体中O2的比例和RF电源的功率可以增加本征施主V0的形成焓,降低本征受主VZn和Oi的形成焓,制备出p型ZnO薄膜;采用掺杂金属Al制备出低电阻n型ZnO薄膜,在此基础上得到性能可观的ZnO同质p-n结.     

ZAO纳米粉体的制备及其在红外隐身中的应用研究

采用溶胶-凝胶法制备了铝掺杂氧化锌(ZAO)纳米粉体.使用X射线衍射仪(XRD)研究了Al2O3掺杂对ZnO物相结构和晶粒度的影响,结果表明,Al离子的掺杂并没改变ZnO的晶体结构,Al抖对Zn2 的替位掺杂使晶格发生畸变,衍射角偏离,随Al离子掺杂浓度的增加,晶体的平均粒径减小.对ZAO纳米粉体样品的红外吸收特性分析表明:随Al离子掺杂浓度的增加,红外吸收出现蓝移.理论分析得出适当调节ZAO栽流子浓度可以制备低红外发射率材料.     

气压烧结Al2O3/TiCN复合材料的研究

运用气压烧结工艺克服了热压工艺的局限性,制备了Al2O3/TiCN复合材料,考察了材料在不同温度烧结时的致密化行为及其力学性能,结果表明气压烧结制备的Al2O3-30wt%TiCN陶瓷复合材料,相对密度达到99.5%,抗折强度为772MPa,硬度为19.6GPa,断裂韧性高达5.82MPa/m2.     

硅衬底Al2O3∶Tb3+薄膜的制备及其发光性能

采用溶胶凝胶法在硅衬底上制备了Al₂O₃∶Tb³⁺薄膜; 并采用DTA-TG、XRD、SEM、AFM及光致发光光谱对其进行了一系列表征; 分析了Al₂O₃∶Tb³⁺薄膜的发光机理, 探讨了热处理温度和Tb³⁺掺杂浓度对发光性能的影响规律. 研究结果表明, 采用溶胶凝胶法制备工艺, 制备了高发光强度的Al₂O₃∶Tb³⁺薄膜, 薄膜的最佳激发波长为240nm, Tb³⁺的最佳掺杂浓度为5mol%(Tb₂O₃/Al₂O₃=5mol%), 在240nm光激发下, 最强的发射峰出现在544nm附近; 并且制备的Al₂O₃∶Tb³⁺薄膜表面致密、平整且无裂纹产生, 表面粗糙度约为1.3nm, 有利于硅基光电子器件的制备和应用.     

包覆型α-Al_2O_3粉体的制备及表征

以平均粒径为22μm和0.5μm的α-Al2O3粉体为起始原料(以下分别简称Al2O3(C)和Al2O3(F)),分别以聚乙烯亚胺(PEI)和聚甲基丙烯酸铵(APMA)为聚合物电解质,采用非均相凝固法将Al2O3(F)颗粒均匀地包覆在Al2O3(C)粉体表面.重点考察了聚合物电解质的吸附时间、Al2O3(C)/Al2O3(F)的质量比、两种分子量的PEI对包覆型氧化铝粉体制备的影响.当Al2O3(C)/Al2O3(F)的质量比为1∶3,经过分子量约为60 000的PEI处理2 h的Al2O3(C)粉体表面均匀地包覆了Al2O3(F)颗粒(经APMA处理2 h).采用该包覆型粉体制备出片状多孔支撑体,其孔隙率为35.8%,平均孔径为2.9μm,纯水通量为205 m3/(m2.h.MPa).     

镍 -纳米氧化铝复合电镀液的制备及影响因素研究

性质均匀稳定的镍/纳米颗粒复合镀液是制备镍/纳米复合镀层的物质和工艺基础.在瓦特镀镍溶液中加入纳米Al2O3粉末,混合液静置10 h后,因颗粒沉淀而产生不同程度的分层,通过比色法研究了分散剂、分散形式、镀液pH值对纳米Al2O3粉末在镀液中均匀稳定分散的影响.结果表明,在镀液中加入适量的聚羧酸铵、柠檬酸三铵或十六烷基三甲基溴化铵分散剂,并通过超声分散,可得到稳定分散10 h以上的复合电镀液.原子力显微镜分析表明,复合镀液中纳米颗粒的平均尺寸为63 nm,略大于其原料颗粒的尺寸(40 nm),大部分的纳米颗粒在复合镀液中能实现高度分散.     

Graphene oxide effects on the properties of Al_2O_3-Cu/35W5Cr composite

Graphene oxide(GO) nanosheets were dispersed into premixed powders(Cu-0.4 wt% Al/35W5Cr) by wet grinding and vacuum freeze-drying process. The 0.3 wt% GO/Al_2O_3-Cu/35W5Cr and 0.5 wt%GO/Al_2O_3-Cu/35W5Cr composites, used for electrical contacts, were fabricated by vacuum hot-pressing sintering.The microstructure was analyzed by field emission scanning electron and transmission electron microscopy. In addition, the Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy were used to investigate the structural changes of GO before and after sintering. The arc erosion behavior was investigated by the JF04 C electrical contact testing apparatus. Consequently, the Al_2O_3 nanoparticles were evenly dispersed in the matrix, causing dislocation tangles. GO was converted to reduced graphene oxide after sintering. A group of carbon atoms combined with Cr forming Cr_3C_2 in situ during sintering, which enhanced the interface bonding. Compared with the Al_2O_3-Cu/35W5Cr composite, the tensile strength of the two contact materials containing 0.3 wt% GO and 0.5 wt% GO was increased by 45% and 34%, respectively. Finally, pips and craters were present on the anode and cathode surfaces, respectively.Tungsten has undergone re-sintering during arcing and formed needle-like structures. Compared with Al_2O_3-Cu/35W5Cr, the GO/Al_2O_3-Cu35W5Cr composites have better welding resistance. The final mass transfer direction of the two composites was from the cathode to anode.     

长余辉材料Sr_4Al_(14)O_(25)∶Eu~(2+),Nd~(3+)的溶胶凝胶法制备及性能研究

首次研究了以Nd~(3+)离子为辅助激活剂,对Eu~(2+)掺杂的发光材料Sr_4Al_(14)O_(25):Eu~(2+)余辉性能的影响.用溶胶凝胶法合成了Eu~(2+), Nd~(3+)共掺杂的Sr_4Al_(14)O_(25):Eu~(2+),Nd~(3+)发光粉末,并用扫描电镜、X射线衍射计、荧光分光光度计、余辉亮度测试仪、热释光剂量计等手段对粉末样品进行了表征.结果表明,在1350℃得到了单一的Sr_4Al_(14)O_(25)相,粉末颗粒平均粒度在1μm左右.Eu~(2+), Nd~(3+)共掺杂的Sr_4Al_(14)O_(25):Eu~(2+),Nd~(3+)发光粉末有402和485nm两个发射峰,与Eu~(2+)单掺杂的Sr_4Al_(14)O_(25):Eu~(2+)相比,发射峰位置没有变化,但适量的掺杂可以大大提高余辉时间和余辉亮度,余辉时间可达18h以上.最后通过对热释光谱的分析解释了双掺杂发光粉余辉性能增强的原因,适宜深度的陷阱可以有效存储光能,增强余辉的时间和强度.     

Ni2+掺杂ZnO薄膜及粉体的结构和发光性能研究

采用激光脉冲沉积法,用XeCl准分子激光器在Si (100)基片、真空和5Pa氧气气氛下制备了Ni2+(0.8％(原子分数))掺杂的呈六角纤锌矿结构的ZnO薄膜.氧气气氛下制备的薄膜沿(002)取向生长,表面比较平整,平均颗粒尺寸为80nm.真空条件下制备的薄膜出现Zn2SiO4杂相,平均颗粒尺寸为150nm.和真空条件下制备的薄膜相比,氧气气氛下制备的薄膜具有较强的ZnO本征发光,在425nm附近出现由于填隙Zn缺陷引起的较宽的蓝光发光带,并且在482nm处出现了由于氧空位和氧间隙间的转换引起的较强的蓝光发光峰,同时由于氧缺陷引起的449nm附近的蓝光发光峰强度明显降低.     

Suppressing Al_2O_3 nanoparticle coarsening and Cu nanograin growth of milled nanostructured Cu-5vol.%Al_2O_3 composite powder particles by doping with Ti

Both the coarsening of Al_2O_3 nanoparticles and the growth of Cu nanograins of mechanically milled nanostructured Cu-5 vol.%Al_2O_3 composites with, and without, trace amounts of Ti during annealing at973 K for 1 h were investigated. It was found that doping with a small amount of Ti(e.g. 0.2 wt%) in a nanostructured Cu-5 vol.%Al_2O_3 composite effectively suppressed the coarsening of Al_2O_3 nanoparticles during exposure at this temperature. Further, the Ti addition also prevented the concomitant abnormal growth of the copper grains normally caused by the coarsening of the Al_2O_3 nanoparticles. Energy dispersive X-ray spectroscopy analysis of the Al_2O_3 nanoparticles in the annealed Cu-5 vol.%Al2 O3-0.2 wt%Ti sample suggested that the Ti atoms either diffused into the Al_2O_3 nanoparticles or segregated to the Cu/Al_2O_3 interfaces to form Ti-doped Al_2O_3 nanoparticles, which was more stable than Ti-free Al_2O_3 nanoparticles during annealing at high homologous temperatures.