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.     

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。     

CeO2掺杂ZnO厚膜的制备及气敏性能的研究

采用sol-gel法制备ZnO及CeO2掺杂量分别为6%、7%和8%(质量分数)的ZnO粉体。通过XRD、SEM对材料的表面形貌和结构进行表征。研究了掺杂量对粉体制备的影响。采用静态配气法对该粉体制成的气敏元件进行测试,结果表明,在工作温度仅为85℃的条件下,7%(质量分数)CeO2-ZnO气敏传感器对饱和丙酮蒸汽的灵敏度最高达9634,响应时间为3s,恢复时间为2s;在较低浓度2.0×10-4时灵敏度也可达30左右。并对丙酮气敏传感器的气敏机理进行了进一步探讨。     

掺杂Fe2 O3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.     

ZnO基氯气传感元件的制备及其气敏性能

以硝酸锌和氨水为反应物,采用沉淀法制备ZnO纳米粉体.通过X射线衍射仪和透射电镜对其进行分析,结果表明,制得的ZnO颗粒为球形,粒径较小,在20nm左右,为六方形纤锌矿结构.通过掺杂In2O3,大大提高元件对氯气的气敏特性.实验表明,该元件对体积分数为20×10-6的氯气,灵敏度可达301,响应时间2秒,恢复时间在110秒左右,具有高选择性.     

Ag掺杂ZnO纳米线酒敏性能的研究

利用浸渍法将ZnO纳米线浸渍于AgNO3溶液中制备了Ag 掺杂的ZnO纳米线.借助X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对纳米线的晶体结构和形貌进行了表征.结果表明纳米线既含面心立方结构的Ag又含有六方纤锌矿结构的ZnO.三维网络结构的ZnO纳米线被一层致密的Ag颗粒包裹并在其表面形成了大量的具有高比表面剂的孔洞结构.将纯的和Ag掺杂的ZnO 纳米线都作为酒敏传感材料,在酒精浓度为0.001%,工作温度为150～400℃的范围内测试了它们的气敏特性,结果显示,Ag掺杂的ZnO纳米线的酒精灵敏度比纯ZnO纳米线提高了14.在工作温度为350℃的条件下测试了它们的响应-恢复时间.气敏元件的酒敏特性主要归结于表面吸附效应.     

ZnO气敏陶瓷的制备与气敏性能研究

分别用氨水、草酸铵、尿素和碳酸钠做沉淀剂合成了4种不同陶瓷微结构的ZnO气敏材料。用X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)和电子衍射(ED)法研究了其晶体和陶瓷微结构。采用静态配气法测试了其气敏效应。ZnO陶瓷具有四方和六方2种不同的结晶外形,颗粒尺寸为0.1～4μM。ZnO陶瓷对C_2H_5OH具有较好的气敏选择性,通过SnO_2的掺杂,ZnO对C_2H_5OH的选择性可进一步提高。颗粒微细化有助于提高ZnO的气体灵敏度。     

掺杂Al2O3纳米粉对ZnO厚膜气敏传感器性能的影响

以ZnO纳米粉(平均粒径30 nm)和Al2O3纳米粉(平均粒径5 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厚膜气敏传感器和掺杂Al2O3(掺杂量为2wt%和5wt%)的ZnO厚膜气敏传感器.对这三种厚膜传感器的本征电阻及对乙醇蒸汽的敏感特性进行了测试.结果表明:掺杂少量Al2O3纳米粉可明显降低ZnO气敏传感器的本征电阻,改善传感器的烧结性能,同时还可降低其最佳工作温度,提高器件对乙醇的灵敏度.结合厚膜气敏传感器的显微结构分析结果,对出现上述差异的原因进行了讨论.     

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.     

大气开放式MOCVD方法制备ZnO薄膜的气敏特性研究

利用大气开放式MOCVD在氧化铝基片上沉积ZnO薄膜，研究了沉积工艺参数对薄膜形貌的影响，结果表明基片温度对ZnO薄膜的晶体形貌有显著的影响，在一定的条件下能够沉积出具有高比表面积花瓣片层结构的ZnO薄膜。以酒精蒸气为例，研究了ZnO薄膜对碳氢有机化合物气体的气敏特性，结果表明结晶度高且晶粒细小、比表面积高的薄膜具有较好的气敏特性。     

纵向多孔及实心ZnO微纳米棒的制备、表征及其光催化性能研究

以硝酸锌和六次甲基四胺为原料,水为溶剂,采用低温水热法制备出具有优异光催化性能的六方纤锌矿结构ZnO微纳米棒,并研究了合成过程中磁力搅拌及原料溶液浓度对制备产物形貌及光催化性能的影响,建立了其光催化降解甲基橙的动力学方程。结果表明,搅拌条件下制备的产物为纵向多孔的棒状ZnO,无搅拌条件下制备的产物为实心ZnO纳米棒.优选出的硝酸锌和六次甲基四胺浓度均为0.025mol/L。相比于实心ZnO纳米棒,纵向多孔的棒状ZnO具有更优异的光催化性能,在紫外光照射20min后,对甲基橙的降解率达到100%。通过动力学模型拟合发现,纵向多孔的棒状ZnO具有更大的催化速率常数(0.2942 min~(-1)),是实心ZnO纳米棒催化速率常数(0.1306min~(-1))的2.25倍。     

Cu2+掺杂ZnO纳米棒的制备及气敏性能研究

通过溶剂热法(无水乙醇)制备了Cu2+(0～6mol%)掺杂ZnO纳米棒粉体,采用X射线衍射仪和扫描电镜对掺杂ZnO纳米粉体的晶体结构和微观形貌进行了表征.研究了Cu2+掺杂比例、溶剂热反应温度及时间对材料气敏性能的影响;考察ZnO(120℃,10h)和3mol%Cu2+掺杂ZnO(120℃,10h)粉体对应元件对甲醛、乙酸、甲苯、乙醇、丙酮、三甲胺等六种气体的气敏性能.结果表明:通过溶剂热法制备的ZnO粉体为纳米棒状结构,棒长度和直径随Cu2+掺杂比例不同发生变化;3mol%Cu2+掺杂ZnO(120℃,10h)样品对应元件对低浓度乙醇有很好的选择性,在395℃工作温度下对1×10–3乙醇的灵敏度为380.5,响应和脱附时间分别为5 s和40 s,对1×10–6乙醇的灵敏度可达4.2.     

微波水解法制备纳米ZnO及其气敏特性研究

以Zn(CH₃COO)₂-2H₂O为原料,采用微波水解法和恒温水解法制备了纳米ZnO粉体,用X射线衍射仪、透射电镜对产物的相组成和微观结构进行了表征和分析,并且测试了其气敏特性.为了改善纳米ZnO的气敏性能,利用微波水解法,通过掺杂Pt、Pd贵金属制备出其相应的纳米复合氧化物.与恒温水解法相比,微波水解法所需反应时间显著缩短、反应物浓度提高;两种方法制备的纳米ZnO粉体皆对酒精和汽油具有较高灵敏度;掺杂Pt或Pd可提高纳米ZnO对酒精和汽油的选择性.     

分级介孔结构组成的ZnO微球及光催化性能

以硝酸锌、脲素及酒石酸为反应物, 采用水热法制备碱式碳酸锌前驱体微球, 通过煅烧前驱体制备了介孔氧化锌微球。通过扫描电子显微镜(SEM)可以观察到, 氧化锌微球的直径约为2~4 μm, 由大量厚度约为10 nm的介孔纳米片组装而成。X 射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)结果表明: ZnO微球为六方纤锌矿结构, 并结晶较好。比表面积测试(BET)表明ZnO微球为介孔材料, 孔径为20~50 nm, ZnO微球比表面积约为29.8 m²/g。以亚甲基蓝为目标降解物, 对介孔氧化锌微球进行了光催化降解实验。实验结果表明, 所合成的介孔ZnO微球对亚甲基蓝的光催化性能较好。     

单晶多孔ZnO制备及对室内空气污染物的气敏性能的研究

通过使用对液相法合成的前驱体进行煅烧的方法成功的制备了具有单晶多孔结构的Zn O纳米片。通过X射线衍射仪(XRD)、环境扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(TEM)对单晶多孔Zn O纳米片进行了结构以及形貌的表征和分析。以其为敏感膜,制作气体传感器,对室内空气污染物,包括苯和甲醛,进行检测。结果显示单晶多孔Zn O纳米片对苯和甲醛都有着良好的响应,且响应和恢复时间都非常迅速。对敏感机理以及材料的结构对响应时间的影响也进行了较深入的探讨。     

氧化锌空心球的制备及其气敏性能研究

以新制的碳球为模板在溶液相中制备了氧化锌空心球,并制成气敏元件,进行了气敏性能测试。结果表明,氧化锌空心球气敏元件对乙醇、丙酮和三乙胺有很好的敏感性。尤其是对三乙胺和乙醇分别在175℃和400℃表现出高的灵敏度和快的响应特性。     

ZnS/ZnO纳米片组装的多孔微球的制备及光催化性能研究

将水热法制备的ZnS纳米球500℃下保温2h制备出由ZnS、ZnO纳米片组装的多孔微球。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、紫外-可见近红外分光光度计和紫外-可见分光光度计等对样品的形貌、结构和光学性能进行了表征。以甲基橙(MO)的光催化降解为目标反应,评价其光催化活性。ZnS/ZnO异质结材料的带隙明显窄于ZnO,光催化活性得到提高;经60 min紫外光照射后,ZnS/ZnO异质结催化剂对MO的降解率为76%。最后分析和探讨了异质结催化剂的光催化机理。     

多孔硅在传感器中的应用研究进展

多孔硅由于其制备方法简单、拥有极大的内表面积、广泛的孔径尺寸、可控的表面改性以及与传统硅集成技术兼容等特点,成为传感器件中理想的敏感材料。简述了多孔硅电化学传感器和光学传感器的研究进展,包括多孔硅湿度传感器、多孔硅气敏传感器、多孔硅有机蒸气传感器、多孔硅生物传感器。最后指出了阻碍多孔硅基传感器商业化的影响因素,并展望了多孔硅传感器的发展方向。     

一维Pt/SnO2纳米纤维的制备及NOx气敏性研究

为了制备出室温条件下对NO_x气体具有更高灵敏度和更快响应的传感器纳米材料并研究其气敏性能, 本研究通过高压静电纺丝法制备出一维Pt/SnO₂中空纳米纤维。采用XRD、SEM、TEM等表征手段对其结构和形貌进行研究, 同时进行了NO_x的气敏性能测试并予以探讨。研究结果表明: Pt/SnO₂纳米材料是一维中空管状及类似管状结构; 当Pt掺杂量为0.3wt%、NO_x浓度为9.7×10^-5 (V/V)时, NOx响应最快为11.33 s, 灵敏度最高可达109.6%; 当Pt掺杂量为0.5wt%时, 对NO_x检测限最低浓度可达2.91×10^-6 (V/V)。     

ZnO纳米棒的制备与气敏性能的研究

以Zn(NO3)2·6H2O和NaOH为原料,CTAB为表面活性剂,通过微波辅助液相反应过程在低温下成功地制备了ZnO纳米棒.X射线衍射谱和扫描电镜结果表明,产物是六方纤锌矿结构ZnO纳米棒,长度为5～30μm,直径为0.1～1μm.气敏性能测试表明,所制备的ZnO纳米棒对H2S气体具有较好的选择性,但灵敏度不高.对ZnO纳米棒进行In掺杂后,对H2S气体的灵敏度和选择性大幅提高,在工作温度为332℃时,对体积分数为50X10-5的H2S灵敏度为29.217,说明In掺杂的ZnO纳米棒是有潜力的探测H2S气体的气敏传感器材料.