基于分等级中空微球结构Co3O4/WO3复合材料的制备及对H2S的气敏性能

通过简单的水热法合成了由纳米颗粒自组装而成的分等级中空微球结构WO₃和Co₃O₄/WO₃材料,整个实验过程中不添加任何的表面活性剂和模板剂,符合绿色化学发展理念。对样品的形貌、结构、化学成分和气敏性能进行了表征。结果表明,Co₃O₄/WO₃复合材料成功构筑p-n异质结并呈中空微球结构。在气敏性能测试中,Co₃O₄/WO₃复合材料传感器在最佳工作温度50℃下对体积分数为1×10^-5的H₂S气体的响应值为42.1,约为WO₃传感器的3.37倍,响应时间仅为8 s。本实验还进行了1×10^-8～5×10^-5不同体积分数的H₂S气体连续循环检测,检测下限低至1×10^-8。同时,所制备的传感器具有良好的稳定性、选择性和重现性。此外...     

MoSe2纳米球结构的制备及其对NO2的气敏性能

通过水热法制备了纳米球状MoSe₂结构。使用扫描电子显微镜(SEM)对该材料的结构和形貌进行了表征。MoSe₂纳米球状结构形貌均匀,其直径为200～300 nm。同时,利用叉指电极制作了基于MoSe₂的气体传感器,并测试了其气敏性能。测试结果显示：在室温条件下,MoSe₂传感器具有优异的气敏性能,能检测到极低体积分数的NO₂,对体积分数6×10^-8的NO₂的响应为1.006 4,在空气中也能完全恢复。此外,该传感器还具有良好的响应/恢复特性、重复性、长期稳定性与选择性。最后结合电子转移理论,分析了MoSe₂气体传感器对NO₂气体的气敏机理。     

CTAB辅助合成氧化钨及其对乙二醇甲醚的气敏特性

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,二水合钨酸钠(Na₂WO₄·2H₂O)为钨源,采用水热法合成纳米氧化钨(WO₃)。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对WO₃的表面形貌、晶体结构和化学成分进行表征,测试其对乙二醇甲醚的气敏特性,研究CTAB对WO₃的形貌、晶体结构和乙二醇甲醚气敏特性的影响。结果表明,CTAB可调控WO₃的形貌,添加质量分数5%的CTAB不仅将WO₃的形貌由不规则的纳米颗粒调控为疏松的纳米片状,而且提高了其对乙二醇甲醚的气敏特性,在最佳工作温度370℃下其对体积分数为1×10^-4的乙二醇甲醚的响应值达15.1,并且具有良好的重复性、长期稳定性与气体选择性。最后探讨了WO₃对乙二醇甲醚的气敏机理。     

多孔硅基VO2纳米颗粒复合体的制备及增强NO2室温气敏特性研究

为了提高室温下多孔硅对NO₂气体的灵敏度,提出采用化学气相输运沉积法在多孔硅表面生长VO₂纳米颗粒,形成多孔硅基VO₂纳米颗粒复合结构,通过调节VO₂的沉积压强来改变VO₂纳米颗粒的尺寸,研究其对多孔硅基VO₂纳米颗粒复合结构室温气敏性能的影响。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪和透射电子显微镜对复合结构的微观形貌、物相和晶体结构进行表征分析。实验结果表明,在沉积压强为330 Pa下获得的复合结构,对摩尔分数为5×10^-6的NO₂的室温灵敏度达到最大(13.15),是多孔硅灵敏度的5.95倍,并具有良好的选择性。对NO₂展现出优异的气敏性能是由于粒径较小的VO₂纳米颗粒表面活性增强,与多孔硅之间形成较宽的耗尽层,从而提高了气敏性能。该研究将有助于提升多孔硅在NO₂气敏传感器中的应用。     

NiO掺杂MoO3复合结构的制备及氨气传感性能

通过水热法制备了Ni元素与Mo元素不同摩尔数比的NiO掺杂MoO₃复合结构,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及X射线能谱仪(EDS)等对NiO掺杂MoO₃复合结构的形貌以及组成成分进行表征分析。同时,利用合成的传感材料成功制备了四种NiO掺杂MoO₃基气体传感器。气敏测试结果表明：NiO的掺杂可以明显改善MoO₃对NH₃的气敏性能,尤其是Ni₄Mo传感器对体积分数1×10^-4的NH₃的响应度为10.04,约为Ni₀Mo传感器响应度(1.51)的6.65倍。同时,NiO的掺杂还降低了传感器的最低检测限(体积分数5×10^-8)。此外,所制备的传感器还具有优异的选择性和良好的重复性。最后,结合电子转移理论分析了NiO掺杂MoO₃复合结构的气敏机理。     

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。     

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。     

WO3/SnO2复合薄膜的制备及光电性能

采用水热法和电化学沉积法,成功制备了包覆有SnO₂纳米颗粒的WO₃纳米棒阵列薄膜,退火处理后形成WO₃/SnO₂异质结复合薄膜。通过改变SnO₂的沉积时间得到了复合薄膜的最佳制备条件。采用XRD,FESEM对WO₃/SnO₂复合薄膜的物相和形貌进行了分析,通过电化学工作站对WO₃/SnO₂复合薄膜的光电性能进行了研究,结果表明,电沉积时间为120 s时,WO₃/SnO₂复合薄膜具有最小的阻抗,且在0.6 V的偏压下光电流密度为0.46 mA/cm²,相比于单一WO₃纳米棒薄膜,表现出更好的光电化学性能。     

基于三组分共轭聚合物的高灵敏度有机晶体管二氧化氮传感器

研究了基于联噻吩-氮杂异靛蓝-双(2-氧代二氢-7-氮杂吲哚-3-亚基)苯并二呋喃二酮的三组分给体-受体共轭聚合物(BTNIDNBIBDF-50)薄膜对二氧化氮气体传感特性。通过控制半导体浓度调控半导体薄膜表面形貌,研究其对二氧化氮气体灵敏度的影响。聚合物半导体BTNIDNBIBDF-50的浓度为2 mg/m L时对NO₂气体表现出最优的传感性能,对体积分数为10×10^-6NO₂气体的灵敏度为121.44%。实验结果表明：三组分共轭聚合物BTNIDNBIBDF-50呈现双极型半导体特性,降低聚合物半导体浓度会使薄膜表面出现明显的孔洞结构,提高传感器对NO₂气体的灵敏度。但过多的孔洞又会使气体解吸附速率的变化大于吸附速率变化,导致传感器灵敏度降低。     

氧化镨纳米材料的制备及其对环己酮的气敏性能

采用水热法制备了氧化镨(Pr₆O₁₁)纳米材料,通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对所制备微结构的形貌、化学组分和晶体结构进行了表征。分析结果表明,制备的Pr₆O₁₁颗粒多为边长(280±42.9) nm的正四面体纯相纳米结构。制备了基于Pr₆O₁₁纳米材料的气体传感器,并测试了其对环己酮的气敏性能。测试结果表明,在最佳工作温度(约240℃)下,Pr₆O₁₁气体传感器对体积分数为5×10^-5的环己酮的响应度可达10.5,响应和恢复时间分别为35和74 s。同时,随着检测环境相对湿度的增加,Pr₆O₁₁气体传感器的响应度有所下降,但仍然具备良好的环己酮检测能力,证明其在复杂环境中低浓度环己酮检测领域具有巨大的潜力。     

氧化钨基材料气敏性能及其改性的研究进展

WO₃纳米材料具有多种独特的功能特性。对其在气体检测领域的发展进行了简单阐述,主要介绍了WO₃基纳米材料的最新合成方法,对四种常见危害气体(二氧化氮、三乙胺、氨气、丙酮)的检测能力及其传感机制,并基于国内外研究中贵金属负载、元素掺杂、组分复合等方法,对WO₃基气体传感器增强选择性、降低最佳工作温度等性能提高的方式进行了归纳,系统介绍了近年来WO₃基纳米材料在气敏性能改性领域的研究进展。最后,对WO₃基气体传感器在实际应用中仍然存在的问题进行了总结,并提出目前已有的研究对气敏传感机制的讨论不够深入,应深度剖析并阐明传感机制。     

原子层沉积技术生长单质钨薄膜

采用热型原子层沉积(ALD)技术在单晶硅基底上成功制备了单质钨薄膜。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、掠入射X射线衍射仪(GIXRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、四探针测试仪对样品的生长速率、晶体结构、薄膜成分以及电阻率进行了表征和分析。结果表明,热型原子层沉积技术生长单质钨薄膜的温度窗口为200～250℃,生长的薄膜呈多晶态,由较小粒径的颗粒组成,具有(210)晶面择优取向。XPS测试表明薄膜中W 4f_7/2、W 4f_5/2及W 5p_3/2的特征峰分别位于31.5～31.6、33.5～33.7及36.9～37.1 eV结合能位置处,主要含有W、C、O等元素。生长的单质钨薄膜为β相钨,电阻率为1.6×10^-4～3.0×10^-4Ω·cm。     

二维材料Ti3C2TxMXene对氨气的气敏性能

气体传感器在疾病诊断和环境监测等应用中受到了广泛关注,二维材料为制备室温下工作的气体传感器提供了一个很有前景的平台。利用HF溶液腐蚀Ti₃AlC₂粉末获得的原始Ti₃C₂T_x粉末和Ti₃C₂T_x纳米片,利用扫描电子显微镜(SEM)图、X射线光电子能谱(XPS)和气敏特性分析,研究了Ti₃C₂T_x材料结构对氨气(NH₃)气敏特性的影响。SEM结果表明,与原始Ti₃C₂T_x粉末相比,Ti₃C₂T_x纳米片具有较薄的厚度,尺寸也较为均匀一致,且成膜性良好。气敏性能结果表明,Ti₃C₂T_x纳米片传感器具有更高的灵敏度,对体积分数2×10     

氮气体积分数对ITO上制备InN薄膜物理特性的影响

采用磁控溅射法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底上制备InN薄膜,研究了氮气体积分数对InN薄膜晶体结构、表面形貌和光电特性的影响。X射线衍射测试结果表明,所制备的InN薄膜均为六方纤锌矿结构,且随着氮气体积分数的增加,InN薄膜由沿(101)面择优生长逐渐变为沿(002)面择优生长。原子力显微镜结果表明,随着氮气体积分数的增加,InN薄膜表面粗糙度逐渐减小。此外,通过光致发光谱和光学吸收谱测得氮气体积分数为100%时制备的InN薄膜禁带宽度分别为1.45 eV和1.47 eV。霍尔测试结果表明,InN薄膜均呈现n型导电特性,且随着氮气体积分数的增加,其迁移率由4.57 cm²·V^-1·s^-1增加至12.2 cm²·V^-1·s^-1,载流子浓度由8.498×10²¹ cm^-3减小至2.041×10²¹ cm^-3,电阻率由16.08×10^-4Ω·cm减小...     

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。     

沉积条件对室温下磁控溅射AZO薄膜微结构与光电性能的影响

通过控制室温下射频磁控溅射过程中不同的氩气工作气压、溅射功率和沉积时间,在石英玻璃上沉积Al掺杂ZnO（AZO）薄膜,探究了三种工艺条件对制备的AZO薄膜的微结构及光电性能的影响。所制备的AZO薄膜经500℃退火后均为六方纤锌矿结构,具有优异的透明度,在可见光范围内的平均透过率均在86%以上。在气压0.25 Pa、功率200 W下,溅射时间为10 min时,薄膜的电阻率低至5.04×10^-3Ω·cm,而溅射时间为15 min时,Haacke性能指数最优,为0.314×10^-3Ω^-1。结果表明,磁控溅射制备的AZO薄膜的晶体结构、方阻和透过率等特性与制备过程中的气压、功率和时间密切相关,通过评价性能指数可指导优化AZO薄膜的制备工艺。     

Co-TCPP包覆薄芯光纤的CO传感器

提出了一种基于Co-四(4-羧苯基卟吩)(Co-TCPP)金属有机框架的马赫-曾德尔结构CO传感器。该传感结构在两段薄芯光纤以及薄芯光纤与单模光纤之间熔接粗锥，将Co-TCPP涂覆在薄芯光纤表面。Co-TCPP的纳米片状形貌和多孔微结构，使该传感器不仅易于与光纤粘附，还对CO有较强的吸附能力。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱、热重分析等表征分析敏感材料Co-TCPP的结构、形貌和性质。结果表明，该传感器对CO质量分数的灵敏度为0.0497 dB/10^-6，对质量分数-光强的拟合度高达0.99148,CO质量分数为40×10^-6时的响应时间约为120 s，且对CO具有良好的选择性和时间稳定性。     

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。     

石墨烯MEMS压力传感器Au/Sn共晶键合气密性封装

针对石墨烯MEMS压力传感器气密性封装的需求,设计出一种用于石墨烯MEMS压力传感器芯片级Au/Sn共晶键合工艺方法。石墨烯压力传感器芯片键合密封环金属采用50/400 nm的Cr/Au,基板键合密封环金属采用50/400/500/3 nm的Cr/Au/Sn/Au。随后使用倒装焊机在280℃以及8 kN的压力环境下保持6 min,完成芯片与基板的Au/Sn互溶扩散键合工艺,从而实现石墨烯压力传感器芯片的气密性封装。对键合指标进行测试,平均剪切力达20.88 MPa,平均漏率为4.91×10^-4 Pa·cm³/s,满足GJB548B-2005的要求。通过比较键合前后的芯片电学特性,石墨烯敏感结电阻平均值变化了1.1%,具有较高的稳定性。此外键合界面能谱测试结果符合Au/Sn键合金属合金元素组分,为石墨烯MEMS压力传感器低成本、高效率气密性封装奠定了基础。     

基于氧化锌涂层无芯光纤的氨气传感器研究

为实现大气污染物中氨气(NH₃)的快速、准确测量，本文提出了一种基于氧化锌(ZnO)涂层单模-无芯-单模(SNS)光纤结构的高灵敏度NH₃传感器。该传感器利用的是ZnO膜层吸附NH₃后自身折射率改变，进而导致无芯光纤干涉谱谐振波长发生变化的特性。通过建立NH₃体积分数与谐振波长偏移量的关系，最终实现了NH₃体积分数的测量。本文基于模式传输理论对ZnO涂层SNS传感器的光谱特性进行了仿真，仿真结果显示：当ZnO膜层的折射率从1.929变化至1.889时，60 nm和130 nm ZnO膜厚下SNS传感器的灵敏度分别为11.8 nm/RIU和28.6 nm/RIU。制备了ZnO膜厚分别为60 nm和130 nm的SNS传感器，其在NH₃体积分数为0～42.0×10^-6环境下的灵敏度相差不大，这主要是由ZnO对NH₃的吸附饱和引起的。进一步分析获得60 nm ZnO膜厚下SNS传感器的平均灵敏度为16.87×10