Pd掺杂SnO_2纳米膜的制备及H_2敏感性能研究

以分析纯SnCl2.2H2O和PdCl2为主要原料,控制不同n(Pd2+)/n(Sn2+),利用溶胶凝胶-浸渍提拉法制备了Pd掺杂SnO2纳米膜。用XRD、AFM对样品的结构、形貌进行了分析,并测试了Pd掺杂SnO2纳米膜的阻温特性和对H2敏感性能。结果表明,Pd掺杂SnO2纳米膜平整而致密,表面椭球形粒子颗粒尺寸约为20nm;Pd掺杂SnO2为金红石型晶体结构,但Pd2+进入SnO2晶格代替八面体中部分Sn4+,导致其晶胞参数比未掺杂SnO2略小;Pd掺杂SnO2纳米膜的电阻随温度升高而减小,表现出n型半导体阻温特性;随着Pd掺杂比例的增大,元件的电阻增大,其对H2的灵敏度先增大后减小,当掺杂比例为1%时对H2灵敏度最高。     

磁控气化回收SnO_2陶瓷电极的技术研究

本文提出一种高效回收SnO2陶瓷电极的技术,采用磁控气化回收的方法将SnO2电极制成复合纳米粉末,实现废电极的回收再利用。借助BET(比表面积)、XRD(X射线衍射)和SEM(扫描电子显微镜)等技术对粉末进行表征,结果表明,所回收制备的SnO2复合粉末颗粒形貌呈类球形,平均粒径dBET在100 nm左右。XRD结果表明,未经热处理的粉末晶粒结构为四方金红石型SnO2结构,其中存在极少量SnO,经900℃热处理后,只存在单一四方金红石型SnO2结构。     

新型高性能氢气传感器

报道了本项目组发明的Ａｌ２Ｏ３基新型高性能半导体陶瓷气体传感器材料及用以制造氢气体传感器的研究结果。这类新型气体传感器具有工作温度低、气体选择性好、检测灵敏度与气体浓度呈近似线性关系、响应时间和恢复时间快、抗湿性能好等明显优点，可望进行工业规模的生产。     

基于纳米CuO敏感电极混合位型NO2传感器的研究

采用溅射法制备的纳米结构CuO为敏感电极,钇稳定氧化锆(YSZ)为固体电解质制成了一种混合位型NO2传感器。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别表征了CuO敏感电极的相组成和微观形貌。研究了Cu的不同溅射时间对CuO敏感电极微观结构及传感器敏感性能的影响。结果表明,CuO颗粒随着Cu溅射时间的增长而增大,制成的传感器在600～700℃范围内对25～400mL/m3的NO2具有较好的敏感性能,传感器响应信号与NO2浓度的对数呈现良好的线性关系,其中60min,Cu传感器在650℃时灵敏度达41.47mV/decade,对于400mL/m3的NO2,90%的响应时间和恢复时间分别约为160、260s,体积分数0～10%的CO2对传感器的响应几乎没有影响,传感器具有较好的敏感度、重现性和稳定性。     

基于La0.75Sr0.25Mn0.5Co0.5O3-δ敏感电极的阻抗谱型NO2传感器的研究

利用浸渍技术在多孔YSZ中制备了钙钛矿型纳米颗粒材料La0.75Sr0.25Mn0.5Co0.5O3-δ(LSCM),并以其为敏感电极,YSZ为固体电解质组成了阻抗谱型NO2传感器.使用XRD和SEM研究了传感器敏感电极的相组成和微观结构.XRD分析结果表明,经前驱体溶液浸渍和热处理后,在YSZ多孔层中生成了钙钛矿结构的LSCM.扫描电镜分析表明敏感电极颗粒粒径为50～100nm,且与YSZ多孔层结合紧密.传感器敏感性能实验结果表明,在温度范围为450～600℃,NO2浓度范围为0～1000μL/L时,传感器对NO2有良好的敏感性,频率为0.1Hz时的总阻值与NO2的浓度之间呈良好的线性关系.在气体流速为400mL/min时,获得的传感器对NO2的真实响应时间约为40s,且响应信号稳定.传感器对O2和CO2具有良好的抗干扰性能.     

SnO_2纳米颗粒的制备及其发光性能

用大分子网络凝胶法合成了氧化锡(SnO2)纳米颗粒。X射线衍射(XRD)结果表明,合成的SnO2纳米颗粒具有四方金红石结构,不含任何杂质相。扫描电镜(SEM)观察发现,制得的SnO2纳米颗粒形貌规整、呈类菱形。荧光光谱结果表明,在326 nm波长的光激发下,其荧光光谱由四个主发射带组成,其峰值分别位于379,417,450,470 nm。用230 nm波长的光激发,得到一个740 nm的荧光发射峰。基于实验结果,探讨了纳米SnO2的形成机理和发光机制。     

膜厚影响SnO_2厚膜型气敏元件敏感特性的研究

采用丝网印刷技术制备不同膜厚ＳｎＯ２厚膜气敏试样,在不同温度下进行热处理后测定了试样的阻温曲线和对乙醇气体的灵敏度,结果表明制备不同膜厚试样的气体灵敏度不同,阻温曲线也不同．要制备灵敏度高、一致性好的气敏器件,调整控制膜厚和及其热处理温度至关重要．     

纳米SnO2-TiO2复合材料的氢敏性能及气敏机理

以钛酸正丁酯和SnCl4·5H2O为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了SnO2及Sn/Ti摩尔比为5/1的SnO2-TiO2复合纳米材料,并以此复合材料制备了旁热式气敏传感器,对两者的氢敏性能做了比较,利用第一性原理对其气敏机理进行了理论分析.结果表明,TiO2的掺杂使SnO2导带底部产生了掺杂能级,使SnO2元件电阻下降,并随温度的上升出现先快速下降后缓慢下降2个过程.SnO2-TiO2元件对H2的灵敏性明显优于SnO2元件.吸附H后的SnO2电子态密度变化较小,而SnO2-TiO2的电子态密度则有明显变化,并产生了掺杂能级,导带负移,促进了能带间的电子转移.     

纳米SnO_2气敏材料制备的研究进展

为了解国内外SnO2气敏材料及其制备技术的研究进展,对纳米SnO2粉体材料以及膜的制备技术和研究进展进行了详细的综述,并对其未来的发展趋势进行了展望。结果认为,SnO2纳米粉体与SnO2膜等气敏材料的制备与使用仍是今后一段时间内重点发展对象;制备技术的不断成熟将使SnO2纳米功能材料作为气敏材料而深入研究和广泛应用,结合掺杂等手段,将进一步推动SnO2气敏元件的高效微型、集成化、智能化发展。     

Ti/IrxSn1-xO2电极的交流阻抗谱法研究

采用交流阻抗谱法研究了IrxSn1-xO2复合氧化物电极在0.5 mol/L的H2SO4溶液中的电化学行为.用等效电路LRs(RfCf)(RctCdl)对交流阻抗谱的结果进行拟合.结果表明:当电位为0.3 V时电极反应与理想极化电极的阻抗图谱相近,以电容为主.而当电位为0.85 V时,电极受溶液电阻Rs,传荷电阻Rct,双电层电容Cdl,溶液浓度和扩散等多因素影响.Rs几乎与电位无关,其值在0.8～1.1Ω之间,Rct随着电位增大而减小.电极双电层在0.8～0.9 V时与活性点吸附OH有关,高于0.9 V后强烈的析氧反应开始,Tafel斜率继续增大,属于电化学极化和浓差极化同时控制.当电极成分比例为30%molIrO2+70%molSnO2时,电催化活性点的数量为最大.     

SnO2气敏元件的老化性能分析

制备了SnO2棒状和球状晶粒粉体的气敏元件并进行稳定性测试,初步分析了元件的老化过程和机制.棒状和球状晶粒粉体以等重量比混合的气敏材料在850℃下高温烧结能提高气敏元件的长期稳定性.采用对材料微结构敏感的复阻抗谱方法测量了试样电性能的变化,通过吸收电流曲线分析了试样的与荷电状态有关的离子电导成分.结果表明,试样在通电老化之初电阻电容值有较大波动,通电数天后趋于稳定,老化表现为晶界电阻和晶界电容的变化,说明老化过程伴随着气敏材料的晶界势垒高度和晶界耗尽层宽度的改变,其原因可能是直流偏压作用下晶界层中的离子迁移.     

Zn_2SnO_4-LiZnVO_4系厚膜湿敏元件的制备和性能研究

采用溶胶凝胶法制备 Zn2SnO4-LiZnVO4系陶瓷纳米粉体,用平面丝网印刷工艺在氧化铝基片上制备厚膜湿敏元件。与普通陶瓷粉体制备的元件相比,该元件低湿电阻小,长期稳定性较好。 测量不同工作频率时的湿敏特性表明,元件在 1kHz频率范围感湿线性最佳。复阻抗分析表明,采用溶胶凝胶法制备纳米粉体并控制烧结温度,可获得良好的微结构,是改善元件感湿特性的原因。     

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。     

SnO_2和SnO_2-Ag薄膜的电学特性

用磁控溅射法在集成了铂加热电极的Si基膜片型微结构单元上制备了SnO2 和SnO2 Ag敏感薄膜。用温度调制方式和锯齿波加热方式研究了薄膜的电学特性 ,讨论了银催化剂、湿度及氧分压对SnO2 电学特性的影响。从温度调制方式下测得的电阻 温度曲线可以区分由热激发过程和由表面反应过程引起的膜电阻变化。这种方法为研究气敏薄膜表面反应过程和气敏响应机理开辟了新的途径。     

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。     

Metalloporphyrins as sensing material for quartz-crystal microbalance nitroaromatics sensors

Five octaethylporphyrins (OEP) and tetraphenylporphyrins (TPP): (OEP)InCl, (OEP)MnCl, (OEP)GaCl, (TPP)Pd, and (TPP)RhI have been deposited as sensitive coating onto quartz-crystal microbalances. The sensitivities of the resulting sensors have been measured with respect to 2,4-dinitrotrifluoromethoxybenzene vapors. When exposed to the nitroaromatic compound, a large and significative response is recorded for every tested porphyrin, the detection process being slightly reversible. Along with a good sensitivity, the sensors exhibit an excellent selectivity when common solvents are used as interfering vapors. Among all the studied derivatives, (OEP)MnCl appears as the most sensitive and selective coating.     

二步热氧化法制备SnO2薄膜的特性

采用二步热氧化法制备SnO2薄膜.首先把真空蒸发法制备的金属锡膜在低于锡熔点的氧气气流中氧化半小时,然后提高氧化温度至400-550℃,继续氧化2小时.通过XRD,SEM和UV-VIS光谱仪分析氧化温度对薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性质的影响.XRD分析得知在氧化温度为400℃时能观察到不同的SnO2衍射峰.氧化温度在550℃时能观察到(11O),(101),(200)和(211)衍射峰.如果氧化温度低于550℃,衍射峰(200)很难观察到.通过SEM测量, SnO2薄膜表面致密均匀,而且表面颗粒大小与氧化温度有很大的联系.通过UV-VIS透过光谱得知随着氧化温度的升高,SnO2薄膜的光透过率也升高,光学禁带宽度也随着氧化温度的升高而升高.这种制备SnO2薄膜的工艺具有适于大面积制造,低成本,过程容易控制等很多优点.