Ni掺杂SnO_2气敏材料优化设计及对低浓度甲醛气敏性能研究

甲醛是室内空气污染的主要气体,严重危害人的身体健康。SnO_2是目前在气体传感器上应用较多的气敏材料。通过一步水热法成功制备了不同Ni掺杂SnO_2立方体。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等表征手段对材料的形貌和结构进行分析,并以室内污染气体甲醛为目标气体对其气敏性能进行了研究。结果表明,Ni掺杂可以有效地改善SnO_2基气体传感器的气敏性能,最佳掺杂浓度为4%(原子分数),进一步掺杂不利于SnO_2气敏性能的提高。从材料的结构和表面缺陷方面对Ni掺杂改善SnO_2的气敏机理进行了分析。Ni掺杂增加了SnO_2材料的比表面积,为气体分子提供了更多的孔洞和间隙,有利于气体分子的吸附和脱附;同时,Ni掺杂降低禁带宽度,产生了更多氧缺陷,从而降低了工作温度并有利于吸附氧的产生,优化了SnO_2的气敏性能。     

二氧化锡基气敏材料研究进展

在众多可应用于气敏传感器的金属氧化物材料中,SnO_2半导体是应用范围最为广泛的金属氧化物之一。现今对于SnO_2基气敏材料的性能改良主要通过两种手段:一是掺杂法,通过与不同的材料复合,制备复合金属氧化物;二是SnO_2纳米材料的制备,控制制备不同形貌的纳米材料。总结了SnO_2纳米材料的制备方法,以及不同材料掺杂形成的SnO_2基气敏材料,详细描述了各种复合材料的制备方法、形貌特点和气敏性能,并展望了未来SnO_2气敏材料的发展方向。     

高性能金属氧化物基气敏材料研究及应用

金属氧化物基气敏材料是新型气体传感器的核心组成部分,近年来发展迅速。围绕金属氧化物基气敏材料的作用机理、特征参数、性能强化及工业应用进行了阐述和展望。重点分析了金属掺杂、结构薄膜化以及多元复合技术在强化金属氧化物基气敏材料性能方面的研究。在此基础上,对今后的研究方向和趋势作了展望。     

微乳液法纳米SnO2材料的合成、结构与气敏性能

本文研究了由阴离子表面活性剂组成的微乳液在纳米SnO_2气敏材料合成中的应用,研究了阴离子表面活性剂类型及肋表面活性剂对纳米SnO_2材料平均晶粒度的影响．实验结果表明：由AES或K_(12)和丁醇组成的微乳液可得到平均颗粒尺寸＜20nm,平均晶粒度只有6nm左右的均分散SnO_2,用这种材料制成的气敏元件无需掺杂即具有较高的气体灵敏度．     

g-C3N4/SnO2异质分层结构的水热合成及其气敏性能研究

采用一步水热法合成了不同比例(0,1%,3%,5%,7%,9%(质量分数))异质分层结构的g-C_3N_4/SnO_2复合材料。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描(SEM)和透射(TEM)电子显微镜、BET比表面积测试和发致发光光谱(PL)对材料的晶体结构、形貌、化学组成和光学性能进行了表征。将制备的复合材料应用于气体传感器,对乙醇进行气敏性能测试。结果表明,复合5%(质量分数) g-C_3N_4的SnO_2气体传感器的最佳工作温度为270℃,对40×10~(-6)乙醇的灵敏度达到77.5,是纯SnO_2气体传感器的灵敏度的8.4倍。最后,对复合材料g-C_3N_4/SnO_2的气敏性能优化机理进行了分析讨论。     

静电纺丝法制备CuO/SnO2复合材料及其气敏特性研究

为研究p型材料和n型材料复合时气敏特性的变化,采用静电纺丝法分别制备了CuO、SnO_2以及3种比例混合的CuO/SnO_2复合纳米纤维材料,并通过XRD及SEM对其形貌、微观结构等进行表征.测试了该5种材料对丙酮、甲醛、甲醇、乙醇、甲苯等VOC气体的敏感特性.研究表明,CuO/SnO_2=2∶1的复合材料对丙酮、甲苯和乙醇的的响应值有一定提高;CuO/SnO_2=1∶1的复合材料对丙酮具有很高响应的同时,对乙醇和甲苯的响应产生了一定的抑制作用,从而大大提高了材料的选择性.其机理是:半导体材料复合后,在复合材料的表面会有更多的氧吸附,导致更多的VOC气体在半导体材料表面发生反应,使材料的电阻值变化更加明显,提高了材料的响应值.     

磁控反应溅射SnO2薄膜的气敏特性

报导了对圆形平面靶直流磁控反应溅射生成的SnO_2薄膜的实验测试和对实验结果的分析。研究结果表明,SnO_2薄膜对一些有毒气体或可燃性气体有强的气敏效应和良好的选择性。对SnO_2薄膜的掺杂可大大改变气敏元件的灵敏度、选择性和工作温度。本文还对其工作机理进行探讨及提出可能的解释。     

气敏材料及其传感器选择性研究进展

选择性是评价气敏传感器使用价值的重要性能指标.综述了近年来国内外气敏材料及其传感器选择性方面的研究进展,从气敏机理详细分析了影响传感器选择性的因素,重点介绍了提高气敏选择性的新技术、新方法,如掺杂、气体过滤膜、纳米技术、制备复合型气敏元件等,详细探讨了其工作机理,并简要介绍了气敏选择性未来的研究趋势.     

TiO2基气敏元件工作温度影响机理

对TiO2基气敏材料的能带结构及测试气体分子轨道能量进行理论计算,结合实验,对TiO2-SnO2复合材料气敏元件工作温度的影响机理进行理论研究.结果表明:掺杂使TiO2能带带隙中产生掺杂能带,导带产生负移,有利于电子热激发.对比未掺杂TiO2气敏元件,在工作温度为260℃时,掺杂使TiO2元件电阻值由44.5Mù下降到22.5Mù.气体分子LUMO能级降低,有利于降低气敏反应的活化能,从而降低气敏元件的工作温度及提高灵敏度.     

SnO_2薄膜材料的进展

本文综述SnO_2薄膜材料的制备、结构、光学及电学性质。近年来,由于SnO_2材料对某些气体具有敏感功能特性,本文着重讨论掺入Sb、Sb_2O_3、ThO_2和超微粒SnO_2薄膜材料对提高检测气体灵敏度和选择性的作用机理。     

高响应度、高选择性的单根Ag-SnO_2纳米带对丙酮的气敏特性研究

SnO_2基纳米带在气敏探测方面具有独特的优势而引起极大的研究兴趣。采用热蒸发法制备单晶SnO_2纳米带和Ag掺杂的SnO_2(Ag-SnO_2)纳米带,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDX)、X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线光电子谱(XPS)等对其成分、微结构等进行表征。同时研究了单根Ag掺杂SnO_2纳米带器件的气敏特性。结果表明,单根Ag-SnO_2纳米带对丙酮最佳工作温度为220℃,低于SnO_2纳米带器件的230℃。在最佳工作温度下单根Ag-SnO_2纳米带对1.00×10~(-4)的丙酮响应度达到7.6,是纯净器件2.3倍,其响应/恢复时间为6/7s,Ag-SnO_2纳米带器件对丙酮的理论探测极限为42.95×10-9。气敏特性的提升是由于Ag离子掺杂促进纳米带表面吸附氧离子与丙酮气体反应,导致器件对丙酮的响应和选择性提高。     

SiO2-WO3纳米粉体的合成及其气敏特性

采用化学沉淀法制备了xwt％SiO2-WO3(x=0，3，5，10，15)粉体材料，利用X射线衍射仪、透射电镜等测试手段分析了材料的微观结构，探讨了掺杂量、元件工作温度与W03气敏性能的关系.研究发现：SiO2的掺杂提高了WO3粉体材料对H2S气体的灵敏度，其中掺杂量为5％的烧结型气敏元件在180℃下对H2S气体有较高的灵敏度和选择性；本文还对WO3的H2S气敏机理进行了探讨．     

锑掺杂二氧化锡薄膜的导电机理及其理论电导率

归纳总结了锑掺杂二气化锡(ATO)的导电机理,晶格的氧缺位、5价Sb杂质在SnO_2禁带形成施主能级并向导带提供n-型载流于是ATO导电的两种主要机理。从材料的电导率公式出发,定性分析了二氧化锡中掺杂锑的含量存在理论最佳值,根据已有模型计算证明了锑掺杂二氧化锡电导率存在理论上限。掺杂二氧化锡中锑的最佳理论含量为1.49％(质量分数),锑掺杂二氧化锡理论电导率最高为0.2×10~4(Ω·cm)~(-1),氧空位对ATO电导率的贡献为0.1392×10~4(n·cm)~(-1),大于掺杂电子对ATO电导率的贡献(0.061×10~4(Ω·cm)~(-1))。     

纳米ZnO气敏传感器研究进展

半导体金属氧化物气敏传感器被广泛应用于有毒性气体、可燃性气体等的检测.ZnO是一种重要的半导体气敏材料,特别是纳米ZnO,由于其粒子尺寸小,比表面积大,成为被广泛研究的气敏响应材料之一.简要介绍了纳米ZnO气敏传感器的气敏机理、主要特性,综述了通过新型纳米形貌、结构制备以及元素掺杂改性提升纳米ZnO气敏性能等方面的研究进展,并进一步指出了纳米ZnO气敏传感器研究中存在的问题和未来的研究方向.     

SiO2-WO3纳米粉体的合成及其气敏特性

采用化学沉淀法制备了xwt％SiO₂-WO₃(x=0,3,5,10,15)粉体材料,利用X射线衍射仪、透射电镜等测试手段分析了材料的微观结构,探讨了掺杂量、元件工作温度与WO₃气敏性能的关系。研究发现:SiO₂的掺杂提高了WO₃粉体材料对H₂S气体的灵敏度,其中掺杂量为5％的烧结型气敏元件在180℃下对H₂S气体有较高的灵敏度和选择性;本文还对WO₃的H₂S气敏机理进行了探讨。     

超微粒氧化铁的气敏特性

采用“络合-中和沉淀”法制备超微粒氧化铁(d=10-20nm)。研究了超微粒氧化铁气敏材料的结构与性能之间的关系,以及 RE_2O_3和 SnO_2的掺杂效应。提出了一种对可燃性气体具有较高灵敏度的不含贵金属的新型气敏元件,并对其气敏机制作了初步探讨。     

In2O3的掺杂及气敏性能研究

较为详尽地论述了n型半导体材料In2O3的掺杂情况,并就不同金属氧化物掺杂引起的气敏性能作了简单的分析,发现不同的金属氧化物掺杂对NO2、O3及一些还原性气体的灵敏度有不同程度的提高,改善了In2O3的气敏性能,同时还探讨了In2O3对不同气体(H2、H2S、NO2、O3,Cl2、C2H5OH)的敏感机理.     

氧化锌气敏传感器性能的改善及在民航系统的应用

氧化锌是多功能N型半导体材料,具有优良的气敏性能,在气体传感器方面具有广泛的用途。氧化锌气敏材料及测试方法进一步优化后,传感器具有更高的灵敏度和更广泛的适用性。对纳米氧化锌传感器的气敏机理、改善气敏性能的主要方法以及传感器在民用航空方面的应用做了详细的综述。     

苯系物(BTEX)检测气敏材料研究进展

金属氧化物半导体传感器因具有体积小、成本低廉、使用方便等优点,越来越受到研究者的关注并被用于有毒有害气体的监测。传感材料是气敏传感器的核心,本文综述了近年来氧化物半导体BTEX气敏传感材料的研究进展,对传感材料的微结构、负载/掺杂改性、气敏性能、气敏机理及存在的问题进行了分析,并探讨了其下一步发展趋势。     

导电聚合物基气敏材料研究进展

综述了本征型导电聚合物(ICPs)基气敏材料的制备方法及影响其气敏性能的各种因素。制备ICPs气敏材料的主要方有电化学聚合或沉积、化学氧化聚合和气相聚合,影响其气敏性能的重要因素有掺杂(特别是质子酸掺杂)、对ICPs进行复合或填充处理、ICPs气敏材料的制备工艺、被检测气体或蒸气的性质以及外界条件等。