掺杂对ZnO气敏性能的影响研究

ZnO是最早发现的金属氧化物气敏材料,对其掺杂一直是研究的一个热点.采用机械球磨法制备了22种不同掺杂的纳米ZnO气敏材料,通过乙醇、丙酮、苯的测试,系统对比了掺杂元素的化学性质,如离子半径、化合价、元素周期等对ZnO气敏性能的影响.掺杂元素的离子半径为0.072～0.088 nm时,传感器对被测气体的响应比掺杂其他离子半径的高.不同周期掺杂元素对ZnO纳米气体传感器的选择性有一定的影响.     

电子鼻在乙醇和丙酮、乙醇和苯定量分析中的应用

采用6个不同掺杂的纳米ZnO气体传感器组成的电子鼻和人工神经网络(ANN)实现了乙醇和丙酮、乙醇和苯的定量分析.研究表明,不同掺杂的气体传感器在二元可挥发有机物(VOCs)混合体系的测量中敏感特性存在一定的差异,同时混合气体种类对传感器敏感特性影响也不同.对乙醇和丙酮、乙醇和苯定量分析的标准偏差分别为8.9×10-6、7.8×10-6.     

基于纳米ZnO气体传感器阵列的乙醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯的识别研究

采用6个不同掺杂的纳米ZnO气体传感器组成的阵列实现了乙醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯的识别。研究表明，掺杂可大幅度提高传感器的敏感度和对可挥发有机物（Vocs）的选择性。对比了k近邻法、线性判别法、反传人工神经网络、概率神经网络、学习向量量化等在本实验中的应用。反传人工神经网络具有最高识别率，可达100％。本研究表明电子鼻在空气质量监测中具有广阔的应用前景。     

基于Al掺杂ZnO的丙酮气敏传感器以及紫外光激发对其气敏性能的影响

采用溶胶凝胶法制备的Al掺杂ZnO纳米粉末（AZO）。利用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征样品的晶体结构和表面形貌。采用浸渍提拉法将该样品制成旁热式气体传感器,检测其对不同气体的响应恢复特性。结果表明：Al掺杂ZnO表面粗糙,Al的掺杂能够抑制ZnO晶粒增长。当工作温度为70℃、湿度为27%RH时,4.98wt.%Al掺杂ZnO对丙酮气体具有很好的选择性,电阻灵敏度达到了14075,响应和恢复时间分别为1 s和3 s。紫外光照射可明显提高传感器的气敏特性,并降低工作温度。     

SnO2掺杂纳米TiO2材料气敏性能研究

以纳米TiO2为基料掺杂适量SnO2作为气敏材料,通过传统的气敏传感器制备技术,制作出旁热式气敏传感器,研究了此类传感器对有机挥发气体甲醇、甲醛、乙醇、丙酮的气敏特性,并利用Gaussian03软件,对各被测气体的分子轨道进行了计算分析,对TiO2-SnO2气敏元件的选择性机理做了定性分析.结果表明:TiO2-SnO2传感器对甲醇、甲醛、乙醇等有机挥发性气体具有极高的灵敏度,在不同工作电压下对各类气体表现出较好的选择性,气体分子轨道能量的差异是元件气敏选择性的定性因素.     

基于薄膜工艺的乙醇气体气敏膜的研究

ZnO2,SnO2,Fe2O3等基底材料可以用来制作半导体型乙醇气体传感器中的气敏膜。在基底中掺杂Pt,TiO2等物质可以获得很高的气体检测灵敏度和很好的选择性。利用电子枪蒸发薄膜工艺来制作乙醇气体敏感膜,可以取得很好的效果。与通常使用的厚膜工艺相比,薄膜工艺与MEMS工艺兼容,更适合制作微小器件。     

Mg2+离子表面修饰ZnO传感器阵列的乙醚敏感机理研究

为研究金属离子对金属氧化物半导体的表面敏化作用,以均匀沉淀法制备了ZnO纳米颗粒,并通过金属离子表面微滴注以及二次退火的方法制备出金属离子表面修饰的平面型ZnO气体传感器阵列。并以乙醚蒸汽为目标气体,进行气敏性能测试。发现大部分传感器对乙醚响应性很好,并且经过表面修饰,ZnO的乙醚敏感性能大多得到提升。特别地,Mg2+表面修饰的ZnO膜层展现了最优的气敏性能。X射线光电子能谱和光致发光谱证实,经过Mg2+表面修饰之后,氧空位缺陷浓度明显增加,并且表面羟基基团的数量显著减少,二者的协同作用构成了Mg2+表面修饰ZnO的敏化机制。     

半导体乙醇传感器的湿度影响与氧化铌的应用

详细考察了湿度对SnO2系半导体乙醇传感器的影响,实验表明:环境湿度会使三价金属氧化物掺杂的SnO2半导体材料灵敏度下降,其中以氧化镧掺杂的SnO2系乙醇传感器衰减严重,在相对湿度90%RH(25℃)的环境中3×10-4体积分数的乙醇信号衰减率达到30%~40%,这种现象同样存在与In2O3和A l2O3掺杂体系的传感器上。以Nb2O5为掺杂剂的传感器体系湿度引起的灵敏度衰减轻微,用1.5%Nb2O5和0.5%La2O3配合使用的掺杂剂湿度影响较小,同时,传感器对乙醇灵敏度和选择性较好。     

Mn掺杂纳米SnO2的气敏性能研究

为了改善纳米SnO2的气敏性能,采用共沉淀化学法制备了不同Mn掺杂量的SnO2材料。利用XRD,SEM测试手段对材料进行了表征,并研究了材料的气敏性能。研究结果表明:Mn掺杂是一种替位式掺杂;Mn掺杂量为1%时,传感器对VOCs气体具有最佳的敏感性能,并在低温时表现出优越的酒精选择性和在300℃时展示出对不同体积分数酒精良好的响应—恢复特性。     

表面SiO2改性高选择性MOS氢气传感器

以十甲基环五硅氧烷(D5)为硅源,采用化学气相沉积法(CVD)在SnO2气体传感器表面沉积SiO2膜作为改性层,研究了CVD处理过程中温度和处理时间对传感器的选择性和灵敏性影响.通过对乙醇、丙酮、苯和氢气的气敏性能测试,得出在500℃下CVD处理8 h后的SnO2传感器对氢气具有最好的选择性和灵敏性.同时讨论了SiO2改性层提高SnO2传感器选择性和灵敏性的机理.