基于微加热板的三维SnO_2薄膜乙醇传感器

为了提高气敏传感器性能,设计并制备了玻璃基底的微加热板,包括加热电极和测试叉指电极(IDE),基于微加热板,利用聚苯乙烯(PS)微球作为掩模,使用多次光刻-剥离工艺制备三维多孔SnO_2薄膜传感器,研究了有无微球和微球直径对于传感器气敏性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对多孔表面形貌进行观察和表征。通过测试不同条件制备的传感器对于乙醇气体的气敏性能,得到使用直径1μm微球作为掩模制备的传感器性能更好,在约220℃的工作温度下,对体积分数为10-4的乙醇气体有3.5的灵敏度,并对传感器的重复性和线性度进行了测试。     

纳米氧化铁基气敏材料的研究进展

综述了1998~2002年间纳米氧化铁基气敏材料的研究进展,对其制备方法(sol-gel法,固相合成法,化学沉淀法,微乳液法及水热法等);气敏机理,即表面电阻控制型(a -Fe2O3)与体电阻控制型(g -Fe2O3)进行了探讨。还总结了掺杂效应对气敏性能的影响,并对未来气敏材料的发展,提出了几点建议。     

V掺杂ZnO中空微笼结构的制备及其对H_2S检测气敏性能

采用溶剂热法制备了纯ZnO与V掺杂ZnO中空微笼结构,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线能量色散谱(EDS)对其微观形貌和晶体结构进行表征,发现由纳米颗粒组成的菱形十二面体V掺杂ZnO中空多孔结构在掺杂V后有V_2O_5晶体生成。进一步制备了基于纯ZnO与V掺杂ZnO中空微笼结构的气体传感器,并研究了传感器对H_2S的气敏特性。测试结果表明,基于V掺杂ZnO中空微笼结构的传感器对体积分数为5×10~(-6)的H_2S的响应值达到90.2,气敏性能更加优异。而且该传感器在100℃的最佳工作温度下,具有体积分数2×10~(-7)～1×10~(-5)的良好线性动态区间和优异的选择性,并实现了在300℃的快速恢复。最后,分析了V掺杂ZnO中空微笼结构的气敏性能增强机理。     

基于NASICON和Co_3O_4敏感电极的丙酮传感器的研究

以溶胶-凝胶法制备的NASICON为基体导电层材料,以水热法制备的纳米片状Co3O4为敏感电极材料,制备了一种检测低浓度丙酮的管式结构固体电解质型气体传感器,利用静态配气法对传感器的气敏性能进行了测试,结果表明:当工作温度为300~375℃时,传感器对体积分数为0.5×10–6~100×10–6的丙酮表现出了较好的气敏性能,其检测下限能达到0.5×10–6(体积分数),传感器电动势变化值(?V)与丙酮浓度的对数呈线性关系,在温度为350℃时,传感器对丙酮的灵敏度达到最大值–24.5 mV/decade,另外,该传感器还具有较快的响应恢复速度和较好的选择性。     

基于介电电泳组装技术的PEDOT/PSS-SWCNTs气体传感器的研究

采用介电电泳技术组装制备PEDOT/PSS-SWCNTs纳米气敏薄膜,并研究外加交流电场的频率、电压及组装时间与气体传感器的导电及气敏性能的关系.结果表明,良好分散在PEDOT/PSS基质中的SWCNTs定向排列在叉指电极对之间.当频率在0.5～10 MHz的范围内,传感器的电导率及气敏响应的变化不大.由电场电压引起的传感器性能的变化趋势与组装时间引起的相似,即随着电压或时间增大,传感器的电阻增大,而气敏响应则先增后减.当电场频率为2 MHz、电压为5V、组装时间为3 min时,PEDOT/PSS-SWCNTs纳米气敏传感器对10 9级别的H2S气体最为灵敏.     

集成型三氧化锡纳米棒酒精传感器的自组装研制

为了有效提高酒精传感器的探测灵敏度,通过热蒸发SnO2和活性炭的混合粉末的自组装方式直接在Cd-Au梳状交叉电极上制备了一层SnO2纳米棒气敏层,从而构成了SnO2纳米棒气敏传感器,经测试,此传感器对于超低浓度范围(2×10-6～10×10-6)的酒精具有0.83～1.33的高探测灵敏度.继而从气敏机制、自组装制备方式、SnO2纳米棒的比表面特性及SnO2纳米棒的尺度(低于得拜长度)等角度解释此传感器对超低浓度酒精具有高气敏特性的原因.     

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。     

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%。     

碳纳米管在气敏传感器中的应用及其发展趋势

碳纳米管具有较大的比表面积,对气体有良好的吸附能力,在气敏传感器中有巨大的应用潜力。文章从碳纳米管的结构对其进行分类,重点对碳纳米管在气敏传感器中的应用进行了评述,并对碳纳米管在不同衬底上制备的气敏传感器进行描述,总结了碳纳米管气敏传感器的发展现状,最后概况了碳纳米管气敏传感器的发展趋势。     

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。     

自组装型SnO2纳米线超低浓度H2传感器的研制

采用FESEM及气敏传感器测试系统,研究了用自组装方式制备的SnO2纳米线气敏传感器的氢敏特性。结果表明:在工作温度为200℃时,对于超低浓度[(2~8)×10–6]的氢气具有0.58~1.00的探测灵敏度及3 s的响应时间和10 s的恢复时间。继而从气敏机制、自组装制备方式、SnO2纳米线的优良的比表面特性及其尺度(30~40 nm)低于德拜长度(43 nm)等角度,解释了此传感器对超低浓度氢气具有良好气敏特性的原因。     

金属氧化物气敏元件的研究进展

气敏传感器在现代工农业、信息技术、环境监测等领域都有重要应用。随着这几个领域的发展,人类对其综合性能要求越来越强,进而不断积极改良气敏传感器的性能。金属氧化物气敏元件是利用金属氧化物半导体的表面电阻遇到被测气体发生变化的原理制成的电子器件,其选择性和稳定性是研究气敏元件的两项重要指标。文章概述了金属氧化物元件气敏特性的研究进展,介绍了基体材料、掺杂材料、气敏材料的制备工艺、电极材料及结构等几个因素对元件气敏特性的主要影响,并对各种因素的作用机理进行了分析。最后展望了金属氧化物气敏元件的发展前景。     

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。     

山东大学半导体纳米复合发光材料器件研制成功

由山东大学蒋民华院士等承担的山东省科技攻关项目———纳米材料和器件的制备、表征及其应用,日前通过了山东省科技厅组织的技术鉴定。该课题首次利用多孔纳米固体研制出ZnO气敏传感器,成功解决了固扰传感器生产厂家多年的ZnO气敏传感器本征电阻过高和工作稳定性较差的问题。该项目研制的ⅢV族半导体纳米复合发光材料和氧化锌多孔纳米固体气敏传感器为国内外首创。山东大学半导体纳米复合发光材料器件研制成功@刘广荣     

CuO纳米线对挥发性有机化合物的气敏性能

通过简单经济的水溶液法并配合后续煅烧制备出了一维Cu O纳米线。利用SEM、XRD、XPS等手段对所得纳米线的形貌、组成和晶体结构进行了表征,同时还测试了其在200℃下对常见挥发性有机物(VOC)的气敏响应状况。结果显示,Cu O纳米线气敏传感器对(10~1 000)×10–6(体积分数,以下同)的乙醇、甲醇、丙酮体现出优良的气敏响应特性,在(10~100)×10–6范围内,灵敏度随气体浓度增加呈线性增长,超过100×10–6后增长趋于平缓;响应时间均在10 s以内;浓度累加实验和多次重复实验显示出材料良好的稳定性和重复性;对所测11种VOC中的乙醇、甲醇、丙酮有一定的选择性;响应恢复基线无明显漂移;在300℃下,Cu O纳米线气敏传感器对(10~1 000)×10–6乙醇的灵敏度始终高于商用Sn O2气敏传感器。     

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。     

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。     

CdTeO3纳米颗粒的制备及其气敏性能

以CdCl2·2.5H2O和碲粉为主要原料,在水相中反应制备CdTe前驱体,将其于500℃煅烧1h得到CdTeO3纳米颗粒。通过XRD、SEM和TEM对其物相和形貌进行了分析;并将其制成了气敏元件,进行气敏性能测试。结果表明:成功合成了单斜晶相的、平均粒径为100nm的CdTeO3纳米颗粒。以该材料制备的气敏元件对体积分数为50×10-6的乙醇有较高的灵敏度(15.1)和选择性。     

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。     

低功耗电阻型MEMS半导体气体传感器研究进展北大核心

电阻型MEMS半导体气体传感器在环境空气质量监测和有毒有害气体检测等领域得到了广泛应用，但是受限于功耗较高的原因，这类传感器难以广泛应用于便携式气体检测系统。文章综述了近年来低功耗电阻型MEMS半导体气体传感器的研究进展，分别从气敏材料、传感器结构和传感器模组的集成电路等方面探讨如何实现低功耗的电阻型MEMS半导体气体传感器的制备，并展望低功耗的电阻型MEMS半导体气体传感器未来的发展方向。