CuO纳米线对挥发性有机化合物的气敏性能

通过简单经济的水溶液法并配合后续煅烧制备出了一维Cu O纳米线。利用SEM、XRD、XPS等手段对所得纳米线的形貌、组成和晶体结构进行了表征,同时还测试了其在200℃下对常见挥发性有机物(VOC)的气敏响应状况。结果显示,Cu O纳米线气敏传感器对(10~1 000)×10–6(体积分数,以下同)的乙醇、甲醇、丙酮体现出优良的气敏响应特性,在(10~100)×10–6范围内,灵敏度随气体浓度增加呈线性增长,超过100×10–6后增长趋于平缓;响应时间均在10 s以内;浓度累加实验和多次重复实验显示出材料良好的稳定性和重复性;对所测11种VOC中的乙醇、甲醇、丙酮有一定的选择性;响应恢复基线无明显漂移;在300℃下,Cu O纳米线气敏传感器对(10~1 000)×10–6乙醇的灵敏度始终高于商用Sn O2气敏传感器。     

基于ZnO的超快恢复三乙胺气敏传感器

不同形貌ZnO纳米材料的合成对高性能气敏传感器的开发具有重要意义。采用微波辅助法合成了ZnO纳米微球和纳米棒,通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)分别对材料的结构、形貌和光学性能进行表征,研究了两种形貌ZnO纳米材料的气敏性能。结果表明：ZnO纳米微球与ZnO纳米棒相比表现出良好的气敏性能,在370℃下对体积分数为100×10^-6的三乙胺灵敏度高达110.4,响应和恢复时间分别为18 s和2 s,检测限低至0.1×10^-6,在长期的循环测试中ZnO纳米微球传感器可以保持较高的响应值、良好的稳定性和重复性。     

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。     

Zn/Co金属有机框架的制备及其对正丁醇的气敏特性

采用水热法合成了Co3O4、ZnO和Zn/Co金属有机框架(Zn/Co-MOF)纳米结构。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对其形貌和晶体结构进行了表征,分析结果表明制备的Zn/Co-MOF为边长约300 nm的立方体结构。制备了基于Co3O4、ZnO和Zn/Co-MOF纳米结构的气体传感器,并对正丁醇进行了气敏性能研究。实验结果表明:三种气体传感器对正丁醇均有明显的响应,其中Zn/Co-MOF气体传感器的气敏性能最优。Zn/Co-MOF气体传感器最佳工作温度为200℃,其对体积分数为1×10^-4正丁醇气体的灵敏度为59.18,响应/恢复时间分别约为39 s和40 s。同时,Zn/Co-MOF传感器还具有良好的选择性、重复性和长期稳定性。     

氧化钨纳米纤维的制备及其对H_2S的气敏特性北大核心

利用静电纺丝法制备了氧化钨(WO_3)纳米纤维。使用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相结构和微观形貌进行表征。分析结果表明:制备的WO_3纳米纤维由众多纳米颗粒组装而成,且平均直径约为200 nm。同时,研究了基于WO_3纳米纤维的气体传感器对H_2S的气敏特性。实验结果表明:在工作温度为150℃时,该传感器对体积分数为2×10^(-5)的H_2S气体的响应达到72,响应时间和恢复时间分别为4 s和21 s,且检测极限为5×10^(-9),表明该传感器在低体积分数H_2S气体检测方面有实际应用价值。     

三维花状氧化锌纳米结构的水热合成与气敏特性

采用低温水热合成法制备了氧化锌(Zn O)三维花状纳米结构,通过粉末X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)和选区电子衍射(SAED)等研究分析了其相结构与微观形貌特征,并测试了基于氧化锌三维纳米花所制作传感器的气敏性能。该气体传感器对体积分数为300×10~(–6)乙醇的检测灵敏度可达78.05,响应和恢复时间分别为8 s和9 s,对乙醇的检测浓度下限为体积分数4.67×10~(–6),且具有优良气体选择特性。这一工艺过程的方法简单、可控性好,适合规模化生产。     

氧化锌纳米纤维的制备及其氨气气敏特性

采用静电纺丝技术制备了具有多孔结构的ZnO纳米纤维，通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线能量色散谱(EDS)对ZnO纳米纤维的形貌、晶体结构和组成成分进行了表征。将上述材料制成气体传感器，对氨气进行了气敏性能测试。实验结果表明，由ZnO纳米纤维制成的气体传感器在室温下对氨气具有较高的灵敏度和较低的检测限，对300ppm氨气的响应值约为65%,响应时间和恢复时间分别为70 s和60 s,对10ppm氨气的响应值约为3.3%,并且具有良好的选择性和长期稳定性。由于ZnO纳米纤维表面形成了特殊的多孔结构，为氧化还原反应提供了更多的氧空位和活性位点，有利于气体的吸附，提高了传感器对氨气的气敏性能，使其在实际应用中极具前景。     

基于NASICON和Co_3O_4敏感电极的丙酮传感器的研究

以溶胶-凝胶法制备的NASICON为基体导电层材料,以水热法制备的纳米片状Co3O4为敏感电极材料,制备了一种检测低浓度丙酮的管式结构固体电解质型气体传感器,利用静态配气法对传感器的气敏性能进行了测试,结果表明:当工作温度为300~375℃时,传感器对体积分数为0.5×10–6~100×10–6的丙酮表现出了较好的气敏性能,其检测下限能达到0.5×10–6(体积分数),传感器电动势变化值(?V)与丙酮浓度的对数呈线性关系,在温度为350℃时,传感器对丙酮的灵敏度达到最大值–24.5 mV/decade,另外,该传感器还具有较快的响应恢复速度和较好的选择性。     

基于CuO/CNT气敏膜的无线丙酮气体传感器

将碳纳米管(CNT)粉末以及氧化铜(CuO)粉末掺杂作为传感器的气敏材料,并通过旋涂的方式涂覆于敏感线圈。设计并简化了传感器的结构,通过丝网印刷工艺在基底上制备线圈。利用线圈的寄生电容与线圈电感形成LCR回路,分析了传感器LC无线耦合的原理以及混合气敏膜吸附丙酮气体的原理,将性质稳定的Al2O3陶瓷作为传感器的基底。在常温下对丙酮气体的体积分数进行检测,谐振频率的改变反映丙酮气体体积分数的变化。结果表明,所制得的传感器具有良好的响应和线性度及优良的稳定性,传感器的最低检测极限为5×10-5。     

正交氧化钼传感器的制备和硫化氢气敏性能研究

利用水热法制备了α-MoO_3纳米棒传感器材料,进而制备了α-MoO_3纳米棒粉末的平面型气体传感器,并基于CGS-1TP智能气体检测分析系统研究了其对H_2S气体的气敏特性。结果表明:制备的α-MoO_3材料结构呈现棒状形态,平均长度和宽度分别约为300 nm和100 nm。制备的α-MoO_3纳米棒传感器对体积分数为20×10~(-6)的H_2S进行气体响应测试的最佳操作温度为180℃,对应的气体响应值为14.92,响应和恢复时间分别为7 s和11 s,同时对体积分数为10×10~(-6)～100×10~(-6)的H2S表现出较高的线性度和优异的稳定性。     

气敏元件室温光激发气敏性能研究

研究了WO3掺杂的ZnO基气敏元件在紫外(UV)光激发下,对乙醇气体的室温气敏性能。结果表明:在UV光照射下,各元件在室温下对体积分数为100×10–6的乙醇气体显示了很好的光敏、气敏性能,响应、恢复时间均在8s以内,其中以掺杂X(WO3)为1%的元件W(1)为最佳,从而实现了室温下的气敏测试。     

ZnO纳米片/聚苯胺制备与紫外激发室温气敏性能

采用两步法制备氧化锌纳米片/聚苯胺(ZnO/PANI)复合材料,首先制备ZnO纳米片,然后以此为载体,通过苯胺单体的原位聚合得到最终产物。通过XRD、FTIR、FESEM、氮气吸附-脱附和紫外-可见漫反射对合成材料进行表征,研究了其紫外激发室温气敏性能,分析了可能的紫外激发气敏机理。结果表明,在紫外光激发下,ZnO/PANI复合材料实现了室温检测,乙醇浓度100×10~(-6)(体积分数)时,灵敏度较高达到17.6,响应和恢复时间均在30 s以内。     

水热因素对ZnO纳米材料气敏性能的影响

通过水热法合成了不同形貌的氧化锌(ZnO)气敏传感材料,利用X射线衍射仪和热场发射扫描电子显微镜对其进行了结构表征和分析,研究了不同的水热因素对其形貌的影响。利用Agilent B2900A quick I/V测试软件测试了其对乙醇气体的敏感性。实验结果表明:前驱体浓度、反应时间和反应温度会对ZnO纳米棒的生长造成显著影响。在前驱体浓度为20 mmol/L、反应时间为8 h、反应温度为95℃的条件下进行水热反应能得到较高质量和良好长径比的纳米线。通过气敏性能测试发现该条件下制备的样品在使用叉指电极时响应度为79%,响应时间和恢复时间均为4 s,表明该条件下制备出的气敏传感材料具有良好的响应度、响应时间和恢复时间。     

基于微加热板的三维SnO_2薄膜乙醇传感器

为了提高气敏传感器性能,设计并制备了玻璃基底的微加热板,包括加热电极和测试叉指电极(IDE),基于微加热板,利用聚苯乙烯(PS)微球作为掩模,使用多次光刻-剥离工艺制备三维多孔SnO_2薄膜传感器,研究了有无微球和微球直径对于传感器气敏性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对多孔表面形貌进行观察和表征。通过测试不同条件制备的传感器对于乙醇气体的气敏性能,得到使用直径1μm微球作为掩模制备的传感器性能更好,在约220℃的工作温度下,对体积分数为10-4的乙醇气体有3.5的灵敏度,并对传感器的重复性和线性度进行了测试。     

基于自组装金纳米颗粒的化学电阻传感器

通过Au—S键的自组装作用,制备了不同功能单体修饰的金纳米颗粒(AuNP),采用扫描电子显微镜(SEM)对制备材料的微观形貌进行了表征,并使用滴铸法制成了电阻式气体传感器,对其气敏性能进行了测试.实验结果表明,基于11-巯基-1-十一醇(MUD)功能化的AuNP化学电阻传感器的气敏性能最佳,在室温条件下,对1×10-6...     

酞菁铜-氧化锌复合材料的制备及其气敏特性

将p型有机半导体材料酞菁铜(CuPc)和n型无机半导体材料氧化锌(ZnO)复合,得到p-n型的CuPc-ZnO复合材料,促进了目标气体在敏感层表面发生反应,提高了敏感层的气敏性能。在结晶度、形貌和结构等方面对制备的CuPc-ZnO敏感材料进行了详细表征,并对CuPc-ZnO复合材料的气敏性能进行了系统评估。结果表明无论是向CuPc中掺入少量的ZnO,还是向ZnO中掺入少量的CuPc,均可显著提高单一材料的气敏性能,这两种复合敏感材料对NO₂都展现了优异的选择性和良好的响应/恢复特性。其中,基于质量分数3%的CuPc/ZnO复合材料的传感器在150℃下对体积分数1×10^-5的NO₂的响应高达90,与基于纯ZnO的传感器相比,灵敏度明显提升,该传感器是检测NO₂的有利候选者。     

自组装型SnO2纳米线超低浓度H2传感器的研制

采用FESEM及气敏传感器测试系统,研究了用自组装方式制备的SnO2纳米线气敏传感器的氢敏特性。结果表明:在工作温度为200℃时,对于超低浓度[(2~8)×10–6]的氢气具有0.58~1.00的探测灵敏度及3 s的响应时间和10 s的恢复时间。继而从气敏机制、自组装制备方式、SnO2纳米线的优良的比表面特性及其尺度(30~40 nm)低于德拜长度(43 nm)等角度,解释了此传感器对超低浓度氢气具有良好气敏特性的原因。     

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。     

CuO-TiO2气敏材料的制备及其低温丙酮气敏特性研究

采用溶胶-凝胶法制备了CuO掺杂TiO_2纳米材料并用于丙酮气敏传感器制备,通过XRD和SEM对样品的物相结构和表面微观形貌进行表征,利用EDS对样品的元素种类与平面分布进行了分析,研究了CuO掺杂量、工作温度、光激发等对元件气敏性能的影响。结果表明,CuO-TiO_2对丙酮表现出良好的选择性,掺杂6.6%(质量分数)CuO的CuO-TiO_2,经500℃退火后,在75℃下,对体积分数为1000×10~(-6)丙酮的灵敏度达到106.71,响应时间和恢复时间均为2 s;同时研究还显示光激发可以有效提高元件的气敏性能,紫外光照射下元件对丙酮的灵敏度相比无光条件下增幅95%,而可见光照射下元件对丙酮的灵敏度相比无光条件下仍能增幅50%。     

Au纳米颗粒修饰的ZnSnO3纳米立方体结构的制备及其气体传感器性能

采用沉淀法和化学还原法合成了金纳米颗粒(NP)修饰的ZnSnO₃纳米立方体结构(AuNP@ZnSnO₃),通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等表征手段对所合成的复合纳米结构进行了分析,并研究了基于该复合纳米材料的气体传感器对一氧化碳(CO)和甲烷(CH₄)气体的气敏特性。同时,以树莓派Zero 2W为主控模块,设计了集成实时显示、网页显示和数据记录等功能的传感器测试系统,用于测试所制备的气体传感器性能。测试结果表明,相比于ZnSnO₃气体传感器,所制备的AuNP@ZnSnO₃气体传感器表现出更优异的气敏性能。在最佳工作温度(240℃)下,其对体积分数均为1×10^-4的CO和CH₄气体响应度分别可达4.08和2.57,分别约为ZnSnO₃气体传感器响应度的1.59倍和1.71倍,并且具有较低的工作温度、良好的重复性以及长期稳定性。