Sol-gel法制备ZnO-TiO_2厚膜及其气敏特性研究

以钛酸丁酯的水解反应制备了ZnO掺杂的纳米TiO2厚膜。通过XRD和SEM对不同退火温度下制备出的不同掺杂量的ZnO-TiO2粉体进行物相分析和表面形貌比较,并利用气敏测试系统检测其气敏特性。讨论了掺杂量和退火温度对ZnO-TiO2厚膜气敏特性的影响,同时分析了其气敏机理。结果表明:700℃退火,w(ZnO)=4%的ZnO-TiO2结晶尺寸达到26.8 nm,体现出对丙酮蒸气单一的选择性,灵敏度为8 913,响应和恢复时间均为2 s。     

sol-gel法制备CuO掺杂的TiO_2厚膜及其气敏特性

采用溶胶凝胶法制备了纯TiO2和掺杂质量分数为5%,7%和9%CuO的TiO2纳米粉体,并对样品进行了不同温度(500,700和900℃)的退火处理。通过涂敷法制备成气敏元件,利用XRD和SEM对样品的结构和表面形貌进行了表征,并利用气敏测试系统检测其气敏特性。研究了CuO掺杂质量分数和退火温度对TiO2厚膜气敏性能的影响,进一步讨论了TiO2厚膜的气敏机理。结果表明:CuO的掺杂有效抑制了TiO2晶粒的生长,增加了对光子的利用率,降低了工作温度,提高了气敏特性。700℃退火后,质量分数为7%的CuO掺杂TiO2样品的结晶尺寸达到14.5 nm,气敏元件表现出对丙酮蒸汽单一的选择性,灵敏度为3 567,响应和恢复时间均为2 s。     

Al掺杂ZnO厚膜的sol-gel法制备及其气敏性能研究

以硝酸锌、硝酸铝和氢氧化钠为原料,采用sol-gel法制备铝掺杂的纳米氧化锌厚膜(样品),并利用XRD和SEM对其微观结构进行了表征。研究了铝掺杂量和退火温度对ZnO厚膜的气敏性能的影响。结果表明:700℃退火、掺w(Al)为2.9%的样品对体积分数为4.0×10–1的丙酮有很好的选择性,最大灵敏度达到7 779左右,最佳工作温度约为162℃,响应、恢复时间均为1 s,最后讨论了铝掺杂纳米氧化锌的气敏机理。     

纳米ZnO基掺杂气敏元件阵列的制备与特性

以金属蒸气氧化法制备的纯纳米ZnO为气敏原料,通过丝网印刷技术在Al2O3基片上制得纯ZnO和掺杂ZnO的气敏元件阵列。结果表明,元件阵列具有低的功耗,纯ZnO气敏元件阵列在350~400℃对橙汁、可乐、酒精和汽油有较高的敏感性,灵敏度分别为2.9,2.9,53.5和43.4。通过Bi2O3+Cu2O的掺杂,可以降低纯ZnO的电导,并进一步提高气敏元件在250~350℃温度区间对汽油的敏感性。并对其气敏机理进行了探讨。     

ZnO薄膜的丙酮气敏特性研究

用直流磁控反应溅射法,分别在Si(111)基片及Al2O3陶瓷基片上制备了ZnO薄膜,并进行TiO2、SnO2、Al2O3或CuO的掺杂和退火处理。用XRD分析了退火前后晶型的变化,利用气敏测试系统对各样品进行了气敏特性测试。结果表明:经过700℃退火后的样品,在最佳工作温度为220℃时,对丙酮有很好的选择性和很高的灵敏度(34.794)。掺杂TiO2或SnO2,可提高ZnO薄膜传感器对丙酮的灵敏度(57.963)。     

掺TiO2的ZnO薄膜气敏特性研究

用直流磁控溅射法分别在Si(111)基片及陶瓷基片上制备掺有TiO2的ZnO薄膜,并进行500℃、700℃退火处理,对掺杂前后ZnO薄膜进行XRD分析,测试各掺杂样品气敏特性.500℃退火后,各掺杂样品对有机气体有较高的灵敏度,随着掺杂时间延长,气敏特性提高.700℃退火后,2 min掺杂的样品对乙醇有很高的灵敏度和很好的选择性,最佳工作温度为220℃左右.而其他掺杂量的样品对乙醇气体灵敏度低,随着掺杂时间延长,气敏特性降低.     

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。     

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。     

制备工艺对厚膜SnO_2气敏元件性能的影响

采用平面丝网印刷技术制备不同厚度的 Sn O2 厚膜气敏试样 ,在不同温度下进行热处理后 ,测量试样对乙醇气体的灵敏度 ,研究热处理温度及敏感膜厚度等对元件性能的影响。结果表明 ,热处理温度和膜厚的均匀性会影响元件的电阻值和灵敏度 ,准确控制热处理温度和膜厚能显著改善元件的灵敏度和一致性。     

TiO_2-WO_3纳米粉体的制备及氨敏性能研究

采用共沉淀法制得了w(TiO2)为0~10%的TiO2-WO3纳米粉体材料,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,探讨了烧结温度、掺杂量、工作温度对WO3粉体材料气敏性能的影响。研究发现:TiO2的掺杂抑制了WO3晶粒的生长,提高了WO3粉体材料对氨气的灵敏度,其中,w(TiO2)为1%的烧结型气敏元件,在250~280℃的温度范围内,对氨有较高的灵敏度和较好的响应–恢复特性,并对其氨敏机理进行了探讨。     

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。     

CuPc/ZnO杂化材料的气敏性能研究

为了改善有机半导体材料CuPc的气敏性能,采用溶液法制备了含有不同量ZnO的CuPc/ZnO杂化材料。利用SEM、XRD等测试手段对所制CuPc/ZnO杂化材料进行了表征,并研究了其气敏性能。结果表明:当质量分数w(ZnO)为10%时,CuPc/ZnO杂化材料对Cl2的灵敏度最佳;与未杂化的CuPc相比,其在175℃的最佳工作温度下对体积分数为10×10–6的Cl2的灵敏度提高了1.79倍;另外,该材料对更低浓度的Cl2也具有良好的响应,在175℃温度下,其对体积分数为1×10–6的Cl2的灵敏度为5.3;CuPc/ZnO杂化材料对Cl2具有良好的选择性和响应特性,但恢复时间较长。     

微球状ZnO纳米粉体的制备与气敏性能研究

以Zn(CH3COO)2·2H2O为原料,无表面活性剂存在时,利用水热法合成了微球状ZnO纳米粉体。采用XRD,SEM和TEM等测试手段,对其物相、结构进行了表征。结果表明:此粉体为六方晶系的ZnO,结晶良好,直径小于4μm。利用该粉体制成气敏元件,并用静态配气法测试了元件的气敏性能。研究发现:元件在180℃工作温度下,对体积分数为50×10–6的丙酮和乙醇气体的灵敏度分别达到5.9和8.6。     

Gas Sensing Performance of Dip-Coated Indium-Doped ZnO Films

This paper reports the novel sensing, morphological, and optical properties of indium (In)-doped ZnO films. A sol–gel dip-coating technique was used to synthesize the samples, and indium (In) in variable concentrations (2.0%, 2.5%, 3.0%, 3.5%) was used as a dopant (samples IZ-1, IZ-2, IZ-3, and IZ-4, respectively). These synthesized samples were analyzed by x-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM), UV–Vis spectroscopy, and photoluminescence (PL) spectroscopy. Characterization studies revealed that the prepared films were highly crystalline, with a hexagonal wurtzite structure, and possessed good optical properties. FESEM images showed nanoparticle size in the range of 85–124 nm. An optical band gap in the range of 3.20–3.31 eV was obtained by UV–Vis spectroscopy. To determine the potential for use in smart nanoscale devices, synthesized In-doped ZnO was coated onto glass substrate and further characterized for its ability to sense NO₂ gas. These films can play an important role in gas sensing applications. Interestingly, the sensitivity of the prepared films was found to improve with an increase in the volume of NO₂ gas concentration from 2% to 4%, while a subsequent increase to 5–6% volume did not lead to further enhancement of gas sensing response. The maximum response (95.10%) was found at 4% vol of NO₂ gas. Thus the optimal concentration of indium (3.0%) shows a maximum response. The prepared films were found to have a quick response time of 65 s and a fast recovery time of 87 s.     

SiC薄膜的制备及其对气氛的响应研究

在CH4,H2,SiH4混合气体中用热丝化学气相沉积(HFCVD)法生长SiC薄膜。利用XRD、原子力显微镜(AFM)对SiC薄膜的表面形貌和晶体结构进行测试分析,结果表明,薄膜的确是SiC,其厚度为310nm。对该薄膜在较高温度(250℃)下进行气敏特性测试,发现其对乙醇、乙醚有较好的敏感特性。进一步研究表明,不同的薄膜制备工艺条件对薄膜的气敏特性有一定的影响,其中H2流量,掺杂(N2)浓度对薄膜气敏特性影响较大。     

Semiconducting ZnO Nanofibers as Gas Sensors and Gas Response Improvement by SnO2 Coating

ZnO nanofibers were electro‐spun from a solution containing poly 4‐vinyl phenol and Zn acetate dihydrate. The calcination process of the ZnO/PVP composite nanofibers brought forth a random network of polycrystalline würtzite ZnO nanofibers of 30 nm to 70 nm in diameter. The electrical properties of the ZnO nanofibers were governed by the grain boundaries. To investigate possible applications of the ZnO nanofibers, their CO and NO₂ gas sensing responses are demonstrated. In particular, the SnO2‐deposited ZnO nanofibers exhibit a remarkable gas sensing response to NO2 gas as low as 400 ppb. Oxide nanofibers emerge as a new proposition for oxide‐based gas sensors.     

成核/晶化隔离法制备ZnO气敏材料

分别用成核/晶化隔离法和化学共沉淀法制备了ZnO纳米颗粒。用XRD、DSC-TGA表征其微结构和成相温度,静态配气法研究两种方法所制备ZnO纳米颗粒的气敏性能差异。结果表明:成核/晶化隔离法所制备的ZnO纳米颗粒相对于化学共沉淀法制备的ZnO纳米颗粒对酒精和汽油具有更好的气敏性能。290℃工作温度下,成核/晶化隔离法制备的ZnO纳米颗粒对体积分数均为50×10–6的酒精和汽油灵敏度分别高达34和68,远高于化学共沉淀法制备的ZnO纳米颗粒的17和28。     

退火处理对纳米ZnO膜结构及气敏特性的影响

用X射线衍射和透射电镜表征了直接沉淀法制得的纳米ZnO粉体的晶型、晶格常数、粒径及形貌等。研究了退火对纳米ZnO粉体制成的膜气敏性质和微结构的影响。结果表明低温退火可以改善ZnO膜的微结构和气敏效应的稳定性。