基于CoFe_(2-x)Ce_xO_4纳米晶粒的丙酮传感器研究

采用喷雾热分解法制备了Co Fe2-xCexO4纳米晶粒,利用丝网印刷技术均匀涂于带有2个金电极的氧化铝基板表面形成敏感薄膜,设计了一种薄膜型丙酮传感器。采用X射线衍射仪和热场发射扫描电子显微镜,表征了Co Fe2-x CexO4纳米晶粒的相组成和微观形貌,分析了Ce掺杂含量对丙酮传感器敏感性的影响机理。在气体传感器敏感特性测试系统上,测试了丙酮传感器灵敏度、抗干扰、长期稳定和动态响应等特性。结果表明,以Ce3为敏感薄膜的丙酮传感器灵敏度为179%,动态响应时间为9 s,恢复时间为12 s,持续工作时间为9.2月。这表明以Ce3为敏感薄膜的传感元件可实现汽车尾气中丙酮污染物的在线检测。     

基于SmFeO_3纳米晶粒的甲醇传感器

以溶胶-凝胶法制备了SmFeO3复合纳米晶粒,采用提拉法涂敷于带有铂电极的氧化铝陶瓷管表面形成敏感薄膜,设计了一种新型甲醇传感器。在气体传感器静态测试装置上,测试了甲醇传感器敏感特性、选择特性和动态响应特性。结果表明,提拉次数为3的甲醇传感器(SFO_3)灵敏度为97.65%,动态响应时间为10.12s,恢复时间分别为14.26s,持续工作时间5.5月。该研究工作对推动甲醇-汽油混合燃料在汽车等方面的应用奠定了基础。     

CeO_2-Co_3O_4纳米晶粒对甲烷气敏性影响分析

为了快速准确检测矿井中的甲烷气体浓度,以直接沉淀法制备了不同含量Ce O2的CeO_2-Co_3O_4纳米晶粒。利用掩膜法将制备的CeO_2-Co_3O_4纳米晶粒镀膜于氧化硅绝缘层表面形成敏感薄膜,采用标准MEMS工艺制作了一种薄膜型甲烷传感器。采用X射线衍射仪表征了CeO_2-Co_3O_4纳米晶粒的相组成和微观形貌,利用全自动程序化学吸附仪分析了CeO_2-Co_3O_4纳米晶粒对甲烷的吸附机理。在气体传感器静态测试系统上,测试了甲烷传感器灵敏度、湿度、温度、动态响应、抗干扰和长期稳定性等特性。结果表明:以Ce_30为敏感薄膜的甲烷传感器灵敏度为98.3%,动态响应时间为11 s,恢复时间为8 s。在矿井中连续使用12个月后,灵敏度衰减了8.5%。表明该甲烷传感器可实现矿井中甲烷气体在线检测。     

基于Ag/TiO_2纳米管阵列的SO_2气体传感器研究

为了快速准确检测电厂中的SO_2气体浓度,采用电化学阳极氧化法制备了不同含量Ag纳米粒子的TiO_2纳米管阵列(Ag/TNTA),涂敷于带有金电极的氧化铝陶瓷管表面形成敏感薄膜,设计了一种薄膜型管式SO_2传感器。采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜表征了Ag/TNTA纳米管阵列的相组成和微观形貌,分析了Ag/TNTA纳米管阵列对SO_2敏感机理。在气体传感器静态测试系统上,测试了SO_2传感器灵敏度、动态响应、湿度、温度、抗干扰和长期稳定等特性。结果表明,以Ag/TNTA为敏感薄膜的SO_2传感器灵敏度为96.8%,动态响应时间为2.2~6.4 s,恢复时间为2.4~6.6 s。在某电厂中连续使用3个月后,响应衰减了4.3%。表明该SO_2传感器可实现电厂中SO_2气体在线检测。     

MoS_2/石墨烯复合材料对NO_x气敏特性影响分析

为了快速准确检测汽车尾气中的NO_x气体浓度,采用低温水热法制备了MoS_2/石墨烯复合纳米材料。利用掩膜法将制备的MoS_2/石墨烯镀膜于氧化铝基体表面形成敏感薄膜,制作了一种薄膜型NO_x传感器。采用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)和X-射线光电子能谱(XPS)仪,表征了MoS_2/石墨烯的相组成、微观形貌和电化学特性,分析了MoS_2/石墨烯复合材料对NO_x的气敏机理。在气体传感器静态测试系统上,测试了NO_x传感器灵敏度、温度、响应-恢复、抗干扰和长期稳定等特性。结果表明,MoS_2/石墨烯传感器灵敏度是MoS_2传感器2.1倍,响应时间为3.6 s,恢复时间为9.9 s,具有良好的重复性、选择性和长期稳定性。表明该传感器可实现汽车尾气中NO_x准确检测。     

基于MEMS叠层微结构的SO2毒气传感器

利用多孔上电极叠层微结构,以真空镀膜技术形成气敏膜,采用MEMS微加工技术研制了气体传感器.依据等效电路和工艺边界条件,通过电导公式推导出传感器的输出电导提高了103倍,解决了有机半导体的信号采集问题.通过SEM微观形貌,确认蒸发电流100～120 A、蒸发时间8～12 s为电极成膜最佳条件;气敏膜表面呈现二次化学反应融合的200 nm左右"米粒状" 活性颗粒状态,均匀一致,孔隙有序.测试结果表明:比例系数为0.15～0.35的硫酸掺杂CuPcxPANI 1-x对SO2有最佳的灵敏度;考虑到减少H2S气体干扰,选择CuPc0.35PANI0.65为气敏材料,在加热电压VH为1～2.5 V时提高了传感器的灵敏度特性和响应恢复特性,响应时间为30 s;传感器输出特性为单对数线性关系,检测范围为0～200×10-6;经6个月的稳定性考核,其输出阻抗漂移≤±5%,灵敏度漂移≤10%.     

NMP/PVP-MWCNTs湿度传感器制备与测试北大核心CSCD

碳纳米管制备敏感薄膜时往往会因其分散性差,无法保证纳米薄膜的均匀性,从而影响传感器的性能。使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为分散剂对多壁碳纳米管进行表面活性处理,制备以多壁碳纳米管为湿敏材料的电阻型湿度传感器。传感器用微机电系统(MEMS)工艺制备叉指电极作为湿敏电阻,在100℃下将多壁碳纳米水溶液组装在电极上,使用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)对湿敏薄膜进行形貌表征。经测试,传感器线性度为0.99806,灵敏度为42.99923Ω/%,相对湿度20%~70%循环测试时响应时间为5 s,恢复时间为6 s,且传感器具有良好的重复性和稳定性。     

聚苯胺和聚苯乙烯磺酸复合组装薄膜的气体响应特性研究

聚苯胺是一种制备简单、性质稳定、有着各种不同结构以及具有可掺杂特性的高分子材料。利用聚苯胺的可掺杂特性以及复合组装方法,在实验室条件下制得聚苯胺水溶液,利用聚苯乙烯磺酸作为聚电解质材料,在叉指电极上组装了不同层数的复合膜。利用薄膜在氨气环境中导电能力的变化,得到了复合组装薄膜氨气气体传感器,并研究了传感器对氨气的响应特性。     

基于恒流配气方式的微气体传感器测试系统研究

为了安全、方便、可靠地进行气体敏感单元气敏性能测试,设计了一套基于恒流配气方式的微气体传感器测试系统.根据道尔顿分压定律和阿马伽定律,给出了恒流配气系统的理论实现公式.设计并制作了安全、可靠、防爆、防泄漏的反应室和基于气体饱和法的加湿装置.基于NI USB 6215系列多功能数据采集卡,以LabVIEW8.5为软件开发平台,开发了微气体传感器测试系统软件控制界面和尾气监控界面.制作了基于SnO2敏感薄膜的气体传感器原型,通过测试系统测得在2 000×10-6h2浓度时气敏效果最好,灵敏度约24,响应时间约2 s,回复时间约200 s,且在2 000×10-6 H2浓度时,出现了气敏薄膜吸氢饱和现象.实验验证了该测试系统的可靠性.     

高速动车组轴温测量用特种结构薄膜传感器的研制

针对高速动车组轴箱轴承温度变化迅速的特点,研制了一种以NiCr/NiSi薄膜为敏感材料的特种结构薄膜传感器。采用自行开发的标定系统对直流脉冲磁控溅射技术制备的薄膜传感器进行动静态特性标定,结果表明所研制的薄膜传感器在30~400℃内具有良好的线性度,其塞贝克系数为37.84μV/℃,非线性拟合误差小于0.7%,动态响应时间为53.72ms。特种结构薄膜传感器磨损实验结果表明：传感器测温端的磨损对其温度测试的动静态特性影响很小,即测温端部分磨损不影响其测温性能。     

基于MEMS叠层微结构SO2毒气传感器的研究

针对新型有机半导体电导率偏低的技术难点,提出了一种多孔上电极的叠层微结构,以真空镀膜技术形成气敏膜,采用MEMS微加工制成气体传感器。依据等效电路和工艺边界条件,通过电导公式推导出传感器的输出电导可提高103倍,解决了有机半导体的信号采集问题。通过SEM微观形貌,确认蒸发电流100~120A、蒸发时间8~12s的电极成膜最佳条件;气敏膜表面呈现二次化学反应融合的200nm左右“米粒状” 活性颗粒状态,均匀一致,孔隙有序。测试结果表明：对SO2最佳灵敏度时,比例系数为0.15~0.35硫酸掺杂CuPcxPANI1-x,考虑到减少H2S气体干扰,选择CuPc0.35PANI0.65;加热电压VH为1~2.5V会提高灵敏度特性和响应恢复特性,响应时间30 s;传感器输出特性为单对数线性关系,可实现0~200×10-6之间检测范围;6个月的稳定性考核,输出阻抗漂移≤±5%,灵敏度漂移≤10%。     

纳米TiO_2敏感膜修饰的QCM气体传感器检测氨气的研究

主要介绍了纳米TiO2修饰的QCM(Quartz Crystal Microbalance)气体传感器的制备与测试。在石英晶振片表面制备纳米TiO2敏感膜,构成QCM氨气传感器。检测系统为自主研发的基于LabVIEW平台的QCM气体传感器频率测试软件。检测氨气的体积分数为1×10-5~5×10-5,响应时间均在10 s以内,响应最大频差值与氨气浓度呈现良好的线性关系,相关系数为0.999 4。室温条件下,纳米TiO2敏感膜可以完全实现吸附解吸过程,具有可逆性。该传感器性能稳定,响应灵敏,具有重复性。     

一种研究线性霍尔传感器频率响应特性的测试平台（英文）

线性霍尔传感器被广泛用于测量磁场强度,但针对霍尔传感器动态响应特性的研究却很少。为此,设计并搭建了一种线性霍尔传感器的频率响应特性测试平台。该平台由可控恒流源、线圈、线性霍尔传感器、低噪声放大器和数据采集装置组成,通过构建系统传递函数并提出动态更新的传递函数的方法,实现了霍尔传感器动态响应特性的精确测量。利用该平台分别测试了NHE520F和P3A两款芯片的动态特性性能。结果显示,在2.5 kHz-2 MHz范围内,这两款霍尔传感器在幅频特性和相频特性方面的性能差异在测试平台上被充分显现,而且霍尔传感器的动态特性参数与静态特性参数并非必然一致,动态特性分布也不相同。此外,根据多种温湿度条件下测得的霍尔传感器幅频特性与相频特性,绘制了霍尔传感器的平均动态特性曲线和3个标准差包络曲线。基于该测试平台获得的实验数据对研究霍尔传感器动态响应特性具有重要意义。     

薄膜瞬态温度传感器的制备及性能研究

针对普通温度传感器存在响应时间长、无法快速测量瞬态温度以及薄膜热电偶引线困难的技术难题,研制了一种响应速度快、测量精度高、引线方便的薄膜瞬态温度传感器。采用直流脉冲磁控溅射技术,在嵌入Ni Cr-Ni Si平行电极丝的陶瓷基体端面依次沉积Ni Si功能薄膜和Si O2绝缘保护薄膜。利用自行研制的静态标定系统对薄膜传感器的静态性能进行了研究,结果表明所研制传感器在50~400℃范围内具有良好的线性和热稳定性,塞贝克系数为41.2μV/℃,非线性误差不超过0.05%,改变Ni Si薄膜的厚度对传感器的塞贝克系数影响很小。利用ANSYS有限元仿真和动态标定实验对薄膜传感器的动态性能进行了研究,结果表明所研制传感器的响应时间为μs级,时间常数随着Ni Si热接点薄膜厚度的增加而增大,改变激光脉冲能量对传感器时间常数的影响很小。利用温度检定炉对薄膜传感器进行了测温试验研究,结果表明所研制传感器能够快速响应温度的变化,可为瞬态温度的测试提供有效的方法和技术途径。     

基于多壁碳纳米管的QCM甲醛传感器的研究

采用化学还原沉积法制备了经贵金属钯(Pd)修饰的多壁碳纳米管(MWCNTs),Pd均匀地分布在多壁碳纳米管上,Pd/MWCNTs的平均粒径为4 nm.以Pd/MWCNTs作为敏感材料将其均匀地涂覆在石英微振天平(QCM)表面制成QCM甲醛传感器.测试系统安装了2个QCM:参比QCM(洁净的晶振)和敏感QCM(涂覆了 Pd/MWCNTs的晶振),传感器的响应为通入待测气体前后这2个QCM间频率差的变化值.在室温条件下,该气体传感器对甲醛气体具有较明显的响应,线性范围为1.3～65 mg/m3,检出限可达0.026 mg/m3.对13 mg/m3甲醛气体的响应为262.4 Hz,响应时间约为120s,恢复时间约110 s.该传感器具有可重复性、较好的使用寿命和一定选择性.     

用于检测低浓度葡萄糖的生物传感器研究

通过在薄膜金电极上修饰具有较高电子转移效率的氧化还原聚合物,并固定相应的酶,制备了一种可用于检测低浓度葡萄糖的生物传感器.研究了利用戊二醛交联和光聚合两种酶固定化方法制备出的传感器对检测低浓度葡萄糖的动态响应特性影响.结果表明;利用戊二醛交联方法制备的传感器灵敏度更高,且具有更好的稳定性.在0～500μM浓度范围内,传感器对葡萄糖干法电流响应灵敏度为35.4 nA μM-1 cm-2,检测限为0.5 μM,响应时间30 s,对50μM葡萄糖的精密度为4.4%.     

复合敏感栅MIS二极管的H2S响应特性

采用射频磁控溅射方法制备复合敏感栅MIS二极管H2S气体传感器。具体结构为：敏感栅／SiO2/n-Si/Al，敏感栅薄膜为Ag2O-SnO2、Ag-SnO2或SnO2-Ag-SnO2,在400℃大气中退火2h以提高稳定性。测试了3种器件在室温到150℃范围内对H2S的敏感特性，三者对H2S都有响应，其中Ag2O-SnO2/SiO2/n-Si/AlMIS二极管对H2S表现出最高的灵敏度和最好的选择性。初步实验结果表明，此复合敏感栅MIS二极管的气敏机理主要是敏感薄膜电阻变化的结果。     

薄膜型钯-铬合金氢气传感器技术研究

文中介绍了采用Pd-Cr合金作为氢敏材料,利用MEMS加工技术制备薄膜型氢气传感器.测试了传感器对0～4％浓度范围氢气的敏感特性,结果显示,传感器对0～4％氢气浓度具有良好的线性输出特性,并表现出较高的响应灵敏度和较好的响应重复性.     

多层Au-Pd核壳纳米颗粒膜增敏的光纤氢气传感器

高灵敏度、快速响应的光纤氢气传感技术是未来氢气传感技术的发展方向,对保障氢能系统安全具有重要意义。针对纳米尺度的钯基氢敏材料难以与光器件耦合的问题,本文采用水相合成及离心沉积方法制备具有快速氢气响应特性的Au-Pd核壳纳米颗粒膜,搭建了含有Au-Pd核壳纳米颗粒氢敏膜阵列的透射式传感系统,实现了光信号与多层纳米颗粒膜阵列的耦合,通过提高敏感材料对光信号的调制能力增强了传感器的灵敏度。实验研究表明,本文制备的AuPd核壳纳米颗粒膜粒径为48nm,Pd层厚度约为4nm。该敏感薄膜对4%浓度氢气的响应时间小于3s,且在循环测试中显示了良好的重复性和稳定性。通过3片薄膜阵列传感,在不影响传感器响应速度的同时将传感器灵敏度提升至最高,为单片膜的2.7倍。该研究为开发高性能光纤氢气传感器提供了重要指导。     

新型纳机电热探针阵列器件数据存储技术研究

对自行研制的一种新型压阻敏感器和电阻加热器一体集成的纳机电热探针阵列传感器进行了存储特性研究。首先对器件电热特性和敏感特性进行测试，测试结果与模拟结果相吻合。在此基础上，进行数据存储测试，借助原子力学显微镜在聚合物有机薄膜上实现了数据写入，并研究了脉冲电压、脉冲宽度及其施加于探针上的力载荷对存储效果的影响，优化写入条件后，数据记录面密度达31．6GB／in^2．