VOCs传感器敏感膜材料及敏感机理研究进展

在有机挥发性气体(volatile organic compounds,VOCs)传感器中,对VOCs产生选择性吸附作用的敏感膜是至关重要的部分,传感器的响应效能取决于敏感膜的材料和制备方法。本文总结了用于VOCs传感器的有机聚合物材料、无机纳米材料、超分子材料和复合材料等不同结构类型的敏感膜材料,通过分析其化学组成、制备方法及结构特征,探讨并比较VOCs在各种敏感膜材料上的吸附性能及相互作用机制,特别介绍了近年发展起来的金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)材料在VOCs传感器中的应用及敏感机理。最后对敏感膜材料在VOCs传感器研发中面临的挑战及发展趋势进行了讨论和展望,包括传感器的灵敏度、交叉响应、寿命等性能问题,研发孔隙率高、比表面积大的敏感材料将有望解决这些挑战。     

氧化钨厚膜气敏传感器的气氛改性研究

采用丝网印刷法将钨酸分解得到的氧化钨粉末制备成氧化钨厚膜气敏传感器,并先后在氢气和空气气氛中进行还原和氧化处理,系统研究了氢气浓度和氧化时的升温速率对敏感膜的形貌、结构和CO气敏性能的影响.结果表明,经氢气还原-空气氧化后,敏感膜表面形貌由近似球形的颗粒转化为表面光滑两端开口的集束棒状或规则的四方柱状,而晶体结构则没有发生改变.敏感膜对CO的灵敏度(Rair/RCO)随CO浓度的增加和测试温度的升高而增大.与没有进行气氛改性的敏感膜相比,经10%H2气氛还原并在600℃空气中以5℃/min氧化处理后的敏感膜对CO具有最大的灵敏度,其对3.8×10-5CO的灵敏度提高了13.3倍.即通过对敏感膜进行气氛改性可显著提高对CO的敏感性能.     

氢敏材料与器件的研究进展

氢气的检测具有重要的学术意义和广阔的应用前景.氢敏传感器发展的关键在于高品质氢敏材料的研制.本文根据氢敏材料工作原理的不同,分别介绍了电化学型、半导体型、热导型和光学型四类氢敏传感器及相应氢敏材料的国内外研究最新进展,着重描述了各类氢敏材料的作用机制和改性途径,并展望了氢敏材料及氢敏传感器的发展方向.     

气敏材料及传感器特性检测系统

讨论了在气敏材料及气敏传感器检测中遇到的问题和解决方法，并设计实现了新型检测系统，通过采用动态配气技术，结合计算机软硬件技术，采用按需设计测试流程的方法实现气敏传感器和气敏材料多方面性能的灵活检测，满足科研、生产中的不同检测需要。     

新型酞菁有机半导体材料的制备及气敏性研究

针对无机半导体气体传感器材料可修饰性差、工作温度高等缺点,开展了新型金属酞菁类有机半导体气敏材料的研究,并对敏感材料进行了表征,测试结果与化学结构和理论值一致.采用微电子工艺制备平面叉指电极,采用旋涂技术,在叉指电极上形成敏感膜,对制备的旋涂膜进行红外光谱(IR)和原子力扫描电镜(AFM)表征,AFM图像表明薄膜表面均...     

氧化锌气敏传感器性能的改善及在民航系统的应用

氧化锌是多功能N型半导体材料,具有优良的气敏性能,在气体传感器方面具有广泛的用途。氧化锌气敏材料及测试方法进一步优化后,传感器具有更高的灵敏度和更广泛的适用性。对纳米氧化锌传感器的气敏机理、改善气敏性能的主要方法以及传感器在民用航空方面的应用做了详细的综述。     

氧化物半导体丙酮气敏传感器材料研究与应用

低浓度丙酮气体的检测在监测工业生产、食品质量、畜牧业和疾病等中有重要的作用.综述了近年来氧化物半导体丙酮气敏传感器材料的研究进展,并对传感器材料的形态、制备方法、敏感机理及存在的问题进行了分析,指出了发展方向.     

铁氧化物薄膜气敏材料的制备及性能研究评述

本文综合介绍近年来在铁氧化物薄膜所敏材料制备方法、性能方面的研究新进展，探讨了各种方法的特点。提出了今后铁氧化物气敏传感器的研究及改进方向。     

WO3薄膜气敏光学传感特性研究

WO3薄膜是良好的光学气敏传感器材料.采用溶胶凝胶法制备了WO3掺杂薄膜,对样品在不同浓度氢气气氛中的气敏光学性质、敏感度及响应时间进行了测试、分析和计算,并结合光传输理论给出了气敏薄膜的光学变化机制,理论分析与实验结论吻合.     

荧光水凝胶传感器及其传感响应机制研究进展

荧光水凝胶是一类具有三维交联网络、荧光发射性能的新型高分子复合材料，能够在外界目标分析物的刺激下发生荧光强度或荧光发射颜色的改变。因此，荧光水凝胶能够作为定量检测目标分析物浓度的重要工具，并且表现出良好的荧光稳定性与检测便携性。近年来，研究人员开发出了多种基于不同类型响应机制的荧光水凝胶传感探针，并应用于各种类型目标分析物的检测。在传统的荧光水凝胶传感器的设计过程中，大多数是基于目标分析物与水凝胶内部的荧光材料间高度的特异性识别功能，这需要目标分析物与荧光材料之间的高度一一对应关系，限制了此类荧光水凝胶传感器的检测广泛性。然而，通过间接性作用构建的荧光水凝胶能够引入一个中间媒介作为桥梁进一步实现各类目标分析物的特异性识别与响应。该种级联响应目标分析物的方式打破了传统荧光水凝胶传感器的局限性。本文根据荧光水凝胶传感体系构建过程中所涉及到的信号响应机制，将荧光水凝胶传感器分为三大类，主要包括直接响应型、竞争性响应型、非竞争性响应型，这对于启发人们构建新型荧光水凝胶传感器具有重要的参考意义。最后，对荧光水凝胶传感器在检测领域所面临的机遇与挑战进行了总结与展望。     

TiO2基有机气体敏感元件的制备及性能研究

将多种金属氧化物掺入TiO2中,通过传统的陶瓷气敏传感器制备技术,制作了旁热式烧结型传感器,研究了这些传感器对有机挥发性气体(VOCs)的敏感特性。在不同浓度的甲醛、苯、丙酮和乙醇气氛中,测试了传感器的气敏特性。测试结果表明,添加In2O3、Cr2O3或SnO2能提高传感器对苯的灵敏度,添加In2O3或Cr2O3能提高传感器对丙酮的灵敏度,添加Cr2O3或SnO2的元件对甲醛气体较灵敏。此外,本文还研究了传感器陶瓷的烧结温度对传感器气敏特性的影响。     

铜硅取代的酞青材料LB膜气敏传感器的研究

采用ＬＢ膜技术对沉积在石英晶振的铜硅取代的酞青材料的气体敏感性进行了系统研究，结果表明，该方法所获得的敏感膜敏感度高，反应迅速，稳定性较好。     

半导体陶瓷型薄膜气敏传感器的研究进展

半导体陶瓷型薄膜气敏传感器,具有灵敏度高、与气体反应快、制备成本较低等优点,已经成为近年传感器研究和开发的重点．是未来气敏传感器的发展方向之一。本文介绍了陶瓷型半导体薄膜气敏传感器常见的器件结构、薄膜材料的主要制备方法．部分主要的半导体金属氧化物薄膜气敏材料．以及近期相关的研究进展,并扼要分析了今后的发展方向。     

氢敏材料及氢气传感器的研究进展

对氢气进行快速、准确、原位测量,具有重要的学术意义和广阔的应用前景.氢气传感器发高品质氢敏材料的研制,氢敏材料的敏感响应性、重现性等决定着氢气传感器的工作性能.综述了近年来研究较多的半导体型、热电型、光学型、电化学型4类氢气传感器及相应氢敏材料的研究进展,并展望了氢敏材料及氢气传感器的发展方向.     

三氧化钨纳米材料在二氧化氮气敏传感器中的研究进展

三氧化钨(WO_3)因其氧含量与氧缺陷随着环境因素变化而变化,使得其成为一种理想的二氧化氮(NO_2)气敏材料。简要介绍了WO_3材料的结构、特性和NO_2气敏机理,综述了近5年来高性能WO_3气敏材料在NO_2气体检测中的最新研究进展,分析了WO_3气敏材料存在的主要问题与挑战,重点讨论高比表面积WO_3材料、WO_3复合材料等的解决途径。最后,展望了WO_3气敏材料在NO_2气敏传感器中的发展方向和应用前景,提出了开发低电阻WO_3膜电极是未来高性能NO_2传感器的研究重点。     

表面等离子共振氢气传感研究进展

基于表面等离子共振原理的光学氢气传感已经成为氢气传感技术研究的热点.表面等离子共振传感器具有安全可靠、灵敏度高、实时性好、便于分布式多点检测等优点,在氢气泄漏检测方向具有广阔的应用前景.本综述介绍了表面等离子共振氢气传感器的三种主要结构类型:棱镜耦合结构,光栅耦合结构和光纤耦合结构的检测原理、典型结构及其研究进展;重点论述了表面等离子共振氢气传感技术中氢敏感膜系的研究现状和技术难题;分析了目前表面等离子共振氢气传感实际应用所面临的瓶颈,并对未来的研究方向进行了展望.结合实际,提出了开发基于光纤微结构和纳米材料的新型氢气传感器件,并且将传感原理延伸至局域表面等离子体共振,表面等离子体共振成像等新兴技术.     

网状纤维结构氧化镍的制备及其气敏性能

p型半导体金属氧化物作为气敏材料具备响应快速、选择性高的特点,用于气体传感器的制备与开发。静电纺丝法可制备具有丰富气体吸附位点的网状结构材料,增强材料的气体敏感特性。以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、四水合乙酸镍为原料,采用静电纺丝法制备具有网状纤维结构的p型半导体氧化镍。通过X射线衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱和比表面积测试等分析技术对材料的结构、形貌、组成和比表面等性能进行表征,并对其气敏性能进行测定,考察煅烧温度对材料气敏性能的影响。结果表明:煅烧温度为500℃时获得的氧化镍组装成气体传感器,在工作温度为250℃时,该元件对50mg/L丙酮气体表现出快速响应特性(响应时间为5s)、良好选择性和稳定性。     

WO_3掺杂NiO纳米材料的VOCs气敏性能

制备掺杂WO_3的NiO纳米粉体材料并测量了材料的VOCs气敏性能。XRD分析表明,WO_3掺杂使NiO粉体中出现新相NiWO_4。随着WO_3掺杂量增多,NiO的衍射峰半高宽明显宽化,WO_3掺杂抑制了热处理过程中NiO晶粒的长大。50×10~(-6)浓度二甲苯、甲醛、甲苯和乙醇等气体中的测量结果说明,WO_3掺杂明显提高了NiO材料的VOCs气体灵敏度,对二甲苯的最佳掺杂量是5%,最大灵敏度为26.4,响应时间4s;对甲醛的最佳掺杂量是10%,最大灵敏度是4.67,响应时间6s。     

基于塞贝克效应的半导体气敏传感器的研制

利用塞贝克效应研制成功ZnO半导体气敏传感器。这种新型传感器能够输出0-100mV的直流电压,对于信号的放大与处理将十分方便。在实验中对20×10-6NO2气体进行检测,结果表明:传感器的输出电压(温差电动势),随着待测气体浓度而变化。因此,利用温差电效应制作气敏传感器是一条完全可行的新思路。     

基于MEMS纳米孔Al2O3基板的CuCl2/CuPc传感器及机理研究

用MEMS微加工方法,以具有90～100nm孔柱的A12O3膜为基板,设计并制作了具有Φ0.2mm微孔通道的气体传感器芯片,并通过真空镀膜方法把CuCl2杂化修饰的CuPc蒸镀成气敏膜,以微壳封装方法制成微结构传感器,实现了主动吸气的检测模式,提高了响应时间和气敏性.通过SEM观察,可见良好的膜表面形貌和尺寸:Al2O3膜基板厚度为0.25mm,侧面为柱状紧密体,表面呈现90～100 nm纳米孔活性态;用做电极和加热器的Pt膜的厚度为500nm,柱状密排;敏感膜厚为150nm,连续规整;微壳深度为150～200μm.测试结果表明,传感器对液氯蒸气具有较好的气敏性,其灵敏度为0.01%Cl2浓度下的5倍以上,响应时间小于30s,并呈现N型半导体的变化规律.分析了改变通气状态和加热电压等条件时对传感器气敏性的影响,探讨了CuPc有机半导体的气敏机理.