硬脂酸复合薄膜光波导元件的气敏性研究

利用旋转-甩涂法将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)-硬脂酸复合薄膜固定在钾离子(K+)交换玻璃光波导表面,研制了PVP-硬脂酸复合薄膜/K+交换玻璃光波导元件,用于对挥发性有机物蒸汽进行检测。实验结果表明,在室温下该元件对低浓度的二甲苯蒸汽仍有较好的重复性和选择性响应,能够检测到1×10-6(体积分数)的二甲苯,其响应和恢复时间分别为9 s和35 s,相对标准偏差为±4.17%。该元件具有灵敏度高、响应-恢复速度快、可逆性好、成本低、容易制作等特点。     

Fe2O3-In2O3复合薄膜光波导传感元件检测二甲苯气体的研究

摘 要：本文采用溶胶-凝胶法(sol-gel)制备出氧化铁-氧化铟复合材料,利用提拉法将复合材料固定在锡掺杂玻璃光波导表面研究出能够检测二甲苯气体的Fe2O3-In2O3复合薄膜/锡掺杂玻璃光波导气敏元件。将气敏元件固定在气体检测系统中对挥发性有机气体进行检测。实验结果表明,Fe2O3-In2O3复合薄膜/锡掺杂玻璃光波导气敏元件对二甲苯气体具有较好的响应,其响应浓度范围为1×10-3～1×10-5(V/V)。在常温下该敏感元件对于浓度为1×10-5(V/V)的二甲苯蒸汽有比较明显响应,其响应和恢复时间分别为5s和20s。Fe2O3-In2O3复合薄膜/锡掺杂玻璃光波导气敏元件具有灵敏度高、响应速度快、制作工艺简单和可逆性好等特点。     

碱性品红薄膜光波导传感元件检测二氧化硫气体的研究

该文利用碱性品红薄膜作为光波导传感元件的敏感层,研制出了一种玻璃光波导酸性气体传感元件,将该元件固定在光波导气体检测系统,检测了SO2气体.该气体传感元件能够检测浓度为5×10-7(体积分数)的SO2气体,其响应和恢复时间分别为3s和8s,相同浓度的其它酸性气体对检测SO2气体干扰较小.该传感元件具有响应快、可逆性好、容易制备等特点.     

挥发性有机物气体光波导气敏元件的研究

利用旋转甩涂法将掺有硫堇的Nation复合敏感薄膜固定在钾离子(K+)交换玻璃光波导表面,成功检测出了低浓度的二甲苯蒸汽.实验结果表明,常温下该元件对于质量浓度为4ms/m3的二甲苯蒸汽有很明显响应,其线性响应范围为4～6 800mg/m3.相同浓度的其它挥发性气体对检测二甲苯蒸汽干扰较小.该气敏元件具有灵敏度高、线性响应范围宽、响应恢复速度快、制作工艺简单等特点.     

间甲酚紫-PVP复合薄膜/K+交换玻璃光波导元件的制备及其气敏研究

利用旋转甩涂法(Spin-Coating)将间甲酚紫-聚乙烯吡咯烷酮复合薄膜固定在K+交换玻璃光波导表面研制了光波导敏感元件.研究了不同复合比例的间甲酚紫-聚乙烯吡咯烷酮复合薄膜与酸性和挥发性有机气体作用前后的紫外可见吸收光谱变化,并在此基础上研究了该敏感元件在光波导测试系统中对酸性和挥发性有机气体的响应.敏感薄膜与酸性气体作用后,薄膜由黄色变为紫红色.该敏感元件能检测到体积比浓度低于1×10-10(1.41×10-4 mg/m3)的H2S,响应和恢复时间分别为1.1 s和8.5 s,信噪比S/N为15.43;能检测到体积比浓度低于1×10-10(2.66×10-4 mg/m3)SO2气体,响应和恢复时间分别为0.4 s和2.7 s,信噪比S/N为5.88.间甲酚紫-聚乙烯吡咯烷酮复合薄膜厚度为199 nm±5 nm.     

掺杂三乙醇胺铜配合物的PVA复合薄膜/K+交换玻璃光波导器件检测SO2气体

三乙醇胺酮配合物气敏性研究发现,该配合物与二氧化硫气体作用时透光率发生变化。以此结果为依据在K 交换玻璃光波导表面固定三乙醇胺铜配合物掺杂的聚乙烯醇复合薄膜,研制出了二氧化硫气体传感元件,并在光波导传感检测系统中测定其传感特性。实验结果表明,本传感元件对低浓度(500×10-9～15×10-6)二氧化硫气体有良好的线性快速可逆响应,低浓度氯化氢、硫化氢、二氧化氮、氨气以及挥发性有机物蒸汽对二氧化硫气体的检测没有干扰,具有灵敏度和选择性高、可逆性好,结构简单和易制作等特点。     

硬脂酸复合薄膜光波导传感器检测苯乙烯

利用旋转甩涂法将亚甲基蓝(MB)掺杂的硬脂酸复合薄膜固定在钾离子(K+)交换玻璃光波导表面,研制了MB-硬脂酸复合薄膜/K+交换玻璃光波导传感器,并对挥发性有机物蒸气进行检测。实验结果表明,在室温下该传感器对低浓度的苯乙烯蒸气具有较好的重复性和选择性响应,能够检测到1×10-7(体积分数)的苯乙烯蒸气,其响应和恢复时间分别为12s和28s。该传感器具有灵敏度高、响应-恢复速度快、可逆性好、成本低、容易制作等特点。     

高灵敏复合光波导传感器及其研究进展

高灵敏复合光波导是在K 交换玻璃光波导上面涂(溅射法或旋转涂膜法)两端带斜坡的高折射率薄膜而研制出的一种元件.该元件表面灵敏度比K 交换玻璃光波导或分光光度法的灵敏度高出了2～3个数量级.利用复合光波导研制的氨气传感器和免疫传感器的灵敏度达到了世界领先水平.光波导传感器具有体积小,响应快,灵敏度高等特点.该文较全面介绍了利用高折射率薄膜设计和研制高灵敏复合光波导及其在化学生物传感器中的应用,并对未来光波导传感器的研究作了展望.     

平面工艺SnO2薄膜甲醛气敏元件的研究

用ANSYS仿真软件得到最优化的气体传感器电极结构,采用平面工艺在硅衬底上制作了3 mm×2 mm的直热式Sn02薄膜甲醛气敏元件.用溶胶凝胶(sol-gel)法制备了掺Pd的纳米SnO2薄膜,材料的平均粒径约为15nm.元件的最佳工作温度约为230℃,在该加热温度下测试了元件对体积分数为50×10-9的甲醛气体的灵敏度以及响应恢复时间.实验证明:元件的灵敏度随气体浓度的增大而增大,元件的响应和恢复时间均约为50s.     

氮氧化物光波导传感元件的研究

氮氧化物是造成全球变暖和产生酸雨的主要物质,因此氮氧化物气体的检测在环境监测和化学工业等许多领域中具有重要意义.该文以甲基绿为敏感试剂,将其掺杂于聚乙烯醇溶液后固定在钾离子玻璃光波导上,研制出检测氮氧化物气体的高灵敏度光波导传感元件.该元件具有响应快、成本低、易制作等特点.可检测出浓度为1.91 mg/m3的二氧化氮气体.     

聚乙烯吡咯烷酮改进TiO2薄膜的可见光增强氧敏特性

室温下工作的半导体气敏材料是一个有吸引力的研究方向。本文以钛酸四丁酯和乙醇胺为主要原料,用溶胶-凝胶法在氧化铝陶瓷片上制备了一种TiO2气敏膜。在可见光照射下,这种气敏膜在室温附近就有明显的可见光增强氧敏性;通过不同溶胶体系的对比,溶胶中添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP),烧结后的TiO2膜光增强氧敏性最好,但在添加PVP的同时再添加柠檬酸,则光增强氧敏性下降;扫描电镜下观察,添加PVP的溶胶烧结后获得一种多孔结构的TiO2膜;而不加PVP,或添加PVP的同时再添加柠檬酸的溶胶烧结后获得的是一种连续,致密和有微裂纹的的TiO2膜。对上述PVP促进多孔结构形成的机理进行了分析,最后对半导体可见光增强气敏性的原理和气敏材料改进的方法进行了简要的讨论。     

Room temperature nitrogen dioxide chemresistor using ultrathin vanadyl-phthalocyanine film as active layer

A room temperature nitrogen dioxide (NO₂) chemresistor using 1.8 nm ultrathin vanadyl-phthalocyanine (VOPc) film as active layer has been prepared by Weak Epitaxy Growth (WEG) method. Its gas sensing properties to NO₂ have been compared with a 7 nm polycrystalline VOPc chemresistor. The ultrathin film device shows stronger response and better recovery character. Further results reveal that the two-dimensional transport film provides an effective charge transfer system after NO₂ adsorption and it gets rid of bulk diffusion at the same time. Kelvin probe force microscopy (KPFM) results suggest that grain boundaries are easily doped by analyte but is slow in desorption compared with crystal grains. The ultrathin film device shows advanced sensing mechanism compared with the polycrystalline film.     

WO_3气敏薄膜的膜厚对气体响应时间的影响

用简单的模型分析了薄膜气体传感器敏感材料的膜厚对气体响应时间的影响,该模型适用于分析WO3薄膜气体传感器的敏感特性。薄膜气体传感器的敏感特性依赖于气体原子在薄膜内的扩散和与气敏材料的响应;而气体原子在薄膜内的扩散是由薄膜厚度决定的。经过推导得出理论上WO3薄膜对NH3的敏感特性,并将其与实验所得的数据进行比较。最后,给出了WO3薄膜气体传感器的气敏特性与气体在其膜内扩散和膜厚的关系。     

磁控溅射纳米SnO_2薄膜的气敏特性

采用磁控溅射制备SnO2薄膜气敏元件,测试了气敏元件的性能,研究了SnO2薄膜气敏元件薄膜厚度、元件加热功率和环境温度和湿度对元件的影响,气敏元件具有很好的灵敏度和选择性特性,对其敏感机理进行了探讨。     

n+n组合结构半导体丙酮气敏元件研究

n n组合结构半导体气敏元件是基于气敏元件互补反馈原理的一种新结构半导体气敏元件.该元件是由2种传导类型相同的敏感体A和B构成,A和B都是n型半导体材料.理论分析表明:当敏感体A和B满足一定条件时,该元件具有高的选择性,同时,还具有好的热稳定性和高的灵敏度.通过试验,获得了性能较好的n n组合结构丙酮气敏元件.     

Pt/Pd对WO_3燃气敏感元件的影响

在WO3粉体材料中加入Pt,PtO2,Pd,PdCl2,以恒温600℃烧结1h制成旁热式厚膜可燃性气敏元件。采用静态电压测量法,研究了元件的加热电压与元件灵敏度的关系。实验结果表明:WO3元件掺入质量分数为0.5%的Pt/Pd,在加热功率为600 mW时,能提高元件的灵敏度2~10倍。     

Design of bossed silicon membranes for high sensitivity microphone applications

This paper deals with the design optimization of new high sensitivity microphones in silicon on insulator (SOI) technology for gas sensing applications. A novel geometry of bossed silicon membranes used as mechanical transducer has been studied by finite element modelling. Device fabrication is achieved from SOI substrates through deep backside anisotropic etching and shallow front side reactive ion etching to define a bossed sensing membrane with two reinforced areas. Thus, the influence of thin film stresses on the device performance is largely decreased. Polysilicon gauges are located on the reinforced areas to get a better linearity in pressure.     

Feedback-enabled discrimination enhancement for temperature-programmed chemiresistive microsensors

Temperature cycling can be used to enrich signal streams in gas phase sensing, however drift that can occur when repeatedly applying such cycles can degrade target recognition over time. A method for correcting heater drift through operational feedback has been implemented specifically to examine the level of performance improvement introduced for a single microhotplate-based chemiresistive sensing element exposed to multiple gas compositions. The element included ≈30 nm chemical vapor-deposited thin film of SnO₂ formed over the interdigitated Pt electrodes, which acted as the transduction interface. Gas exposure experiments were performed using concentrations of methanol and ethane less than 100 μmol/mol in backgrounds of dry air and 15% relative humidity air. Removing temperature drift is shown to significantly decrease sensing signal drift, thereby facilitating enhanced target identification. Since this approach represents an operational adjustment, similar performance benefits are expected for sensing devices based upon other chemiresistive materials.     

用溅射法制备ZnO薄膜丙酮气敏传感器

本文首先扼要介绍了ZnO的晶体结构以及作为压电、压敏、发光、透明导电薄膜的用途.还介绍了两种溅射方法制备ZnO薄膜.研究了ZnO薄膜的气敏性,发现经适当处理后仅对丙酮有择优气敏性.