水溶性聚苯胺/SmBaCuMO_(5+δ)(M=Cu,Zn)材料的制备与氨敏性能研究

采用化学氧化法制备了水溶性聚苯胺(PANI),溶胶–凝胶法制备了SmBaCuMO5+δ(M=Cu,Zn;SBCM)粉体,用微粒填充法制备了PANI/SBCM复合材料。利用傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)、XRD、TEM对产物进行了分析表征,研究了PANI/SBCM元件的氨敏性能。结果表明,PANI/SBCM元件在室温下对NH3具有良好的灵敏性,同条件下PANI/SmBaCuCuO5+δ(SBCC)元件的氨敏性能优于PANI/SmBaCuZnO5+δ(SBCZ)元件。室温条件下,PANI/SBCC元件对体积分数为100×10–6的NH3的最大灵敏度为7.29,具有高的灵敏度和选择性,且性能稳定。     

聚苯胺/BaCe_(0.9)Gd_(0.1)O_(3-δ)材料的制备、表征与氨敏性能研究

利用化学氧化法制备的聚苯胺(PANI)和溶胶-凝胶法制备的BaCe0.9Gd0.1O3-δ(BCG)粉体,采用直接分散法制备了PANI/BCG复合材料。通过XRD、FTIR和TEM对所制产物进行了表征,并且利用气敏元件测试系统研究了PANI/BCG复合材料的氨敏性能。结果发现,BCG粒子在PANI中分散性良好,PANI/BCG复合材料在室温下对氨气表现出良好的气敏性,对体积分数100×10–6的氨气的灵敏度达到20,并且选择性好,性能稳定,适于在较宽的浓度范围内对氨气进行检测。     

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。     

聚二甲基二烯丙基氯化铵元件的氨敏性能研究

采用聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDAC)作为敏感膜材料,以聚酰亚胺(PI)薄膜为柔性衬底制备了气敏元件,利用能谱分析(EDX)和原子力显微镜(AFM)对PDDAC敏感膜的组成和形貌进行了表征,通过检测元件电阻随氨气浓度的变化对元件的氨敏性能进行了研究。结果表明:室温下,该元件对体积分数为200×10–6的氨气的响应灵敏度为82%,且具有较好的响应-恢复特性,响应时间和恢复时间分别为68 s和63 s。     

Ti02-SnO2紫外光照下对醇类气体气敏性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同配比的TiO2-SnO2纳米复合材料,以其作为气敏材料制备成旁热式气敏元件,研究了气敏元件在紫外光照下的气敏特性。结果表明,复合材料平均晶粒尺寸为19 nm,SnO2晶型为金红石型,气敏元件的电导在紫外光照下增加,对醇类有机挥发性气体的气敏灵敏度也显著提高,气敏元件的电阻、灵敏度均随TiO2含量的增加而增大。工作温度160℃时对乙醇气体的灵敏度为18,240℃时灵敏度为52,是无光照时的1.6倍,响应时间为5 s,恢复时间为9 s。     

聚噻吩/WO_3复合纳米材料的制备及气敏性能

采用水合肼法制备WO3粉体,再以无水FeCl3作氧化剂,通过原位化学氧化聚合制备了不同聚噻吩(PTh)掺杂量的PTh/WO3复合纳米材料。并研究了用其制备的气敏元件的气敏性能。结果表明:气敏元件对H2S和NOx有较高的灵敏度和较好的选择性。用质量分数w(PTh)为5%的PTh/WO3复合纳米材料制备的气敏元件,在加热电压为2.25V时,对体积分数φ(NOx)为5×10–6的灵敏度可达77.14;用w(PTh)为20%的PTh/WO3复合纳米材料所制之气敏元件,在加热电压为2.43V时,对φ(H2S)为20×10–6的灵敏度达63.27。     

紫外光照下WO_3的H_2S气敏特性研究

以热氧化钨丝法制备的WO3纳米材料为基材制备了厚膜气敏元件,在常温、紫外光激发条件下实验测试了所制纯WO3气敏元件对不同体积分数的H2S气体的气敏特性曲线,探讨了元件对H2S的灵敏度与紫外光的辐射通量密度的依赖关系。结果表明,常温、无紫外光照下WO3气敏元件对H2S不敏感,而在常温及紫外光激发下WO3气敏元件对H2S的灵敏度显著增大,且随着紫外光辐射通量密度增加,元件对H2S的灵敏度先增大而后减小。     

固相法制备ZnO纳米粉及其气敏性能研究

以六水合硝酸锌和碳酸氢铵为原料,采用室温固相法制备前驱体碱式碳酸锌,然后在马弗炉中于600℃煅烧,得到ZnO纳米粉体。用XRD,TEM对其形貌、结构进行了表征。结果表明:所制备的ZnO结晶良好,其粒径为20~50 nm。用其制成气敏元件,并用静态配气法测试其气敏性能,发现在工作温度为290℃左右,该气敏元件对体积分数为0.001%的Cl2的灵敏度高达288。     

Na+对WO3气敏性能的影响

分别用钨酸钠或钨酸铵溶液及浓盐酸作原料,用直接沉淀法制备了含Na+和不含Na+的WO3粉体,并用XRD及粒度分布测试仪对其进行了表征。结果表明:产物分别是WO3/Na2W4O13混合氧化物及纯WO3,前者的平均粒径为4.459μm,后者为1.366μm。气敏测试结果表明:含Na+的WO3/Na2W4O13气敏元件对体积分数为50×10–6的H2S的灵敏度是164,恢复时间为35s。纯WO3气敏元件对体积分数为50×10–6的NO2及Cl2的气敏性能较好,其灵敏度分别为468与1635。     

SnO2厚膜NO2新型气敏元件的研制

根据霍耳效应,用真空镀膜法制备之SnO2厚膜,制备了NO2新型气敏元件,并对其气敏性能进行了测试。结果表明:在一定的温度和湿度下,即使没有加热,元件对体积分数为20×10–6的NO2气体的灵敏度可达5.94,响应时间为36 s,恢复时间为22 s。因此,利用霍耳效应来制作气敏元件是一条可行的新思路。     

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%。     

纳米氧化钨薄膜改性的大孔硅气敏传感器

通过双槽电化学腐蚀法在P型单晶硅表面制备了大孔硅。然后通过直流对靶反应磁控溅射法在大孔硅表面淀积了纳米氧化钨薄膜。使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察大孔硅和氧化钨/大孔硅样品的形貌。分别使用X射线衍射（XRD）图谱和X射线光电子能谱（XPS）分析氧化钨晶体结构和钨的化合价。在室温下测试大孔硅和氧化钨/大孔硅气敏传感器的气敏特性。结果表明：氧化钨/大孔硅气敏传感器表现出了P型半导体气敏传感器的气敏特性。它对1ppm的二氧化氮显示了良好的恢复特性和重复性。氧化钨/大孔硅气敏传感器的长期稳定性要好于大孔硅气敏传感器。氧化钨的添加提高了大孔硅气敏传感器对二氧化氮的灵敏度。氧化钨/大孔硅气敏传感器对于二氧化氮的灵敏度要高于其对氨气和乙醇的灵敏度。通过淀积纳米氧化钨薄膜,改善了大孔硅对二氧化氮的选择性。     

四针状ZnO晶须(T-ZnO)的掺杂及其气敏特性研究

采用高温固溶工艺制备了Al3+,Fe3+和Ag+掺杂的T-ZnO气敏材料,并制作了烧结型厚膜气敏元件,测试了元件对H2S,NH3,C2H5OH和H2的敏感特性,研究了掺杂剂、掺杂工艺和材料形貌结构对T-ZnO材料气敏特性的影响规律。结果显示,T-ZnO材料对H2S和C2H5OH气体灵敏度较高,对H2和NH3等气体灵敏度较差;经过H2气氛热处理,掺物质的量百分数为0.1%Al3+的T-ZnO对气体表现出很高的灵敏度,在268.5℃时,对体积分数为10-4的H2S的灵敏度达160;同时,Al3+掺杂工艺改善了材料对H2S和C2H5OH的恢复-响应特性。在Fe3+掺杂ZnO样品中,出现第二相(ZnFe2O4)可以提高对气体的灵敏度。     

钇掺杂纳米α-Fe2O3的合成及气敏性能研究

采用柠檬酸sol-gel法制备了不同掺杂量的Y2O3-Fe2O3(w(Y2O3)=0~7%)纳米粉体材料,并用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,并进行了气敏性能测试。研究发现:掺杂适量Y2O3可抑制α-Fe2O3晶粒的生长,提高粉体材料的气敏性能,其中掺杂量为5%的烧结型气敏元件在160℃的较低温度条件下,对汽油有较高的灵敏度,较好的选择性及响应–恢复特性,且线性检测范围较宽。     

微波辅助合成纳米WO_3/TiO_2复合材料及其气敏性能

为改善WO3基敏感材料的气敏性能,采用微波回流法一次性合成了纳米WO3/TiO2复合材料,并研究TiO2掺杂量对用其制备的气敏元件气敏性能的影响。结果表明:此气敏元件对体积分数为100×10-6的NOx、二甲苯、H2S和丙酮气体具有较强的敏感性,掺杂w(TiO2)为20%的元件,对H2S和NOx的灵敏度分别为31.18和695.84;掺杂w(TiO2)为30%的元件,对二甲苯和丙酮的灵敏度分别为39.19和35.69。     

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。     

液相生长热氧化法制备SnO2气体敏感薄膜

在不同的热氧化温度下,用液相生长热氧化法(RGTO)制备了SnO2薄膜。探讨了热氧化温度对SnO2薄膜结构和成分的影响,并进一步研究了不同热氧化温度下制备的SnO2薄膜的气敏性能。测试结果表明:260℃工作温度下,600℃热氧化制备的SnO2薄膜气敏元件,对氢气的灵敏度最佳。在100～1 000 mg.kg–1的氢气浓度范围内,灵敏度由47递增至70。     

掺SiO2的WO3纳米粉体的合成及其NO2气敏特性

采用sol-gel法制备了一系列掺有SiO2的WO3纳米粉体,通过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,测试了材料的气敏性能,探讨了煅烧温度、掺杂量、工作温度等对材料气敏性能的影响。研究发现:适量SiO2的掺杂有利于提高WO3对NO2气体的灵敏度,其中SiO2掺杂量为3%(质量分数)的气敏元件,在150℃工作温度下,灵敏度达713,响应–恢复时间分别为7s与26s。对WO3的NO2气敏机理也进行了探讨。     

采用粉末溅射的薄膜型气敏元件与测试特性

利用粉末溅射,研究了 SnO2/CeO2微型平面薄膜。结果表明:薄膜最佳掺杂范围(5%~20%)、最佳灵敏度膜厚(150 nm)、响应时间与恢复时间随膜厚变化遵循次方定律;制备出稳定性好的气敏元件,灵敏度 S 为 20~80,对航空汽油气选择性 Sl为 8~20,响应时间τs<10 s,恢复时间τc<15 s。并对影响灵敏度测试的条件,例如测试电压、湿度影响、反应温变等进行了分析。     

NiSnO3纳米粉体的常温固相合成及其气敏特性

以镍盐、四氯化锡及NaOH为原料,在常温条件下采用固–固相化学反应法制备钙钛矿型复合氧化物NiSnO3粉体。并用X射线粉末衍射(XRD),透射电镜(TEM)等对其进行表征。结果表明:产物基本上是NiSnO3,平均晶粒为60nm左右。将样品制成旁热式气敏元件测试其气敏特征,结果表明:在290℃时对乙醇有较高灵敏度,但对H2和LPG灵敏度较低,且其响应恢复特性较好。