掺杂纳米SnO2气敏传感器的研究进展

介绍了半导体气敏传感器的发展历史和掺杂纳米SnO2气敏传感器的特性与应用;详细分析了掺杂金属单质、金属氧化物和稀土元素对SnO2气敏性的影响,通过掺杂可以显著改善其对特定气体的灵敏度、稳定性和选择性等参数;利用元件表面的氧吸附理论分析掺杂纳米SnO2的气敏机理;展望了SnO2气敏传感器的发展前景.     

掺杂纳米SnO2气敏传感器的研究进展

介绍了半导体气敏传感器的发展历史和掺杂纳米SnO2气敏传感器的特性与应用；详细分析了掺杂金属单质、金属氧化物和稀土元素对SnO2气敏性的影响，通过掺杂可以显著改善其对特定气体的灵敏度、稳定性和选择性等参数；利用元件表面的氧吸附理论分析掺杂纳米SnO2的气敏机理；展望了SnO2气敏传感器的发展前景。     

掺Sm2O3的SnO2纳米粉体对C2H2气敏特性的研究

用化学沉淀法制备了SnO2纳米材料,利用XRD和SEM对合成产物进行了表征.采用旁热式结构制成了以SnO2为基体材料,掺杂Sm2O3的气体传感器.通过元件对C2H2气敏特性的测试表明:Sm2O3的掺杂可以明显地提高SnO2气敏材料对C2H2气体的灵敏度,当工作温度为180℃,C2H2浓度为1000ppm时,元件的灵敏度为64,响应恢复时间分别为3和20s.讨论了不同相对湿度对元件气敏特性的影响.     

掺Sm2O3的SnO2纳米粉体对C2H2气敏特性的研究

用化学沉淀法制备了SnO2纳米材料,利用XRD和SEM对合成产物进行了表征.采用旁热式结构制成了以SnO2为基体材料,掺杂Sm2O3的气体传感器.通过元件对C2H2气敏特性的测试表明:Sm2O3的掺杂可以明显地提高SnO2气敏材料对C2H2气体的灵敏度,当工作温度为180℃,C2H2浓度为1000ppm时,元件的灵敏度为64,响应恢复时间分别为3和20s.讨论了不同相对湿度对元件气敏特性的影响.     

掺杂改善SnO_2甲醛气敏元件灵敏度特性的研究

用纳米SnO2制作了旁热式气敏元件。用掺杂方法提高SnO2甲醛气敏元件的灵敏度,掺杂剂包括Pd,Sb,Ti,Zr,Cu,Ag,Mn等。在SnO2气敏元件中分别掺杂质量分数2%Pd和2%Zr对提高元件灵敏度有显著效果。未掺杂SnO2、掺杂质量分数2%Pd和2%Zr的气敏元件对体积分数为5×10-5甲醛的灵敏度分别为1.33,2.38,2.08,但是掺杂在改善元件对乙醇的选择性方面作用不大。分析了掺杂改善SnO2气敏元件灵敏度的原理,当SnO2表面吸附还原性气体时,吸附气体提供电子,使半导体表层的导电电子数增加,引起电导率增加、电阻下降。吸附气体浓度越高,电阻率变化越大,元件灵敏度越大。     

掺杂改善SnO2甲醛气敏元件灵敏度特性的研究

用纳米SnO2制作了旁热式气敏元件。用掺杂方法提高SnO2甲醛气敏元件的灵敏度，掺杂剂包括Pd，Sb，Ti，Zr，Cu，Ag，Mn等。在SnO2气敏元件中分别掺杂质量分数2%Pd和2%Zr对提高元件灵敏度有显著效果。未掺杂SnO2、掺杂质量分数2%Pd和2%Zr的气敏元件对体积分数为5×10^-5甲醛的灵敏度分别为1.33，2.38，2.08，但是掺杂在改善元件对乙醇的选择性方面作用不大。分析了掺杂改善SnO2气敏元件灵敏度的原理，当SnO2表面吸附还原性气体时，吸附气体提供电子，使半导体表层的导电电子数增加，引起电导率增加、电阻下降。吸附气体浓度越高，电阻率变化越大，元件灵敏度越大。     

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.     

集成型二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。     

La_2O_3-SnO_2材料乙醇气敏性能与催化活性间关系

通过测量La2O3-SnO2的气敏性能和催化活性,考察了La2O3对SnO2气敏性能和催化性能的影响,同时讨论了该材料对甲烷(CH4)和乙醇(C2H5OH)的灵敏度与其催化氧化反应间的关系。结果表明:300℃时,掺杂w(La2O3)为3%时,可使乙醇的转化率从84.5%提高到100%,对体积分数为1×10-4的乙醇的灵敏度由11.06提高到53.22。说明目标气体的反应活性越高,其灵敏度也越高。掺杂La2O3提高乙醇气体的灵敏度的原因是因为增加了SnO2表面乙醇反应中的耗氧率。     

射频反应磁控溅射掺杂MWCNTs的SnO2薄膜NO2气敏传感器的研究

采用射频反应磁控溅射方法制备了氧化锡/多壁碳纳米管（SnO2/MWCNTs）薄膜材料,并在此基础上研制NO2气敏传感器。采用X射线衍射仪（XRD）、X光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）来研究WO3/MWCNTs材料的表面形貌、表面化学状态、表面化学元素等材料特性,研究结果表明MWCNTs已经掺杂进SnO2材料,合成的SnO2/MWCNTs气敏传感器表现出对低浓度（甚至低于10ppb）的NO2气体有较高的灵敏度和较好的反应-恢复特性,并解释了该传感器的工作机理是基于pn结（P型MWCNTs和N型SnO2)作用的结果。     

磁控反应溅射SnO2薄膜的气敏特性研究

为研究SnO2薄膜的气敏特性,采用直流磁控反应溅射法制备了SnO2薄膜。探讨和分析了SnO2薄膜气敏元件的敏感机理。对SnO2薄膜的电阻和灵敏度的测试以及对实验结果的分析表明:SnO2薄膜厚度在150~400nm为宜,一般膜厚在250nm时较为敏感。在SnO2薄膜中掺入Pd、Pt、Ag等微量杂质可大大提高SnO2薄膜气敏元件的灵敏度,且使灵敏度的峰值向低温方向移动,增强了对H2、CO和C2H5OH等可燃气体的选择性、响应时间由3min缩短到0.5s以下。     

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)。     

sol-gel纳米晶二氧化锡薄膜的制备及表征

以SnCl4为原料,采用sol-gel技术,应用间接成胶法,在玻璃片上制备了纳米晶SnO2薄膜及粉体,以其灵敏度、响应时间和工作温度作为评价气敏性能的标准,对制备工艺参数进行了优化,并用DSC-TG、XRD、AFM等手段对样品进行了表征。结果表明,水与乙醇体积比为3:1,草酸与四氯化锡摩尔比为0.3:1,在500℃下退火的薄膜表面平整,平均粒度在20nm左右,且相应的薄膜元件对丙酮蒸气具有良好的选择性和较高的灵敏度、较短的响应时间和较低的工作温度(≈190℃)。     

纳米SnO2的制备及其酒敏性能研究

以SnCl4为原料的化学共沉淀法、sol-gel法和以金属Sn粒为原料的溶解–热解法分别制备出纳米SnO2粉体。采用TG-DTA、XRD、TEM等手段对其进行表征,静态配气法测试SnO2的酒敏性能。结果表明:采用溶解–热解法制备的SnO2粒径小于10nm,在210℃的工作温度下,对0.005%的乙醇具有160倍的高灵敏度,响应恢复时间仅1s的优良特点。讨论了影响材料气敏性能的因素。     

Cu/Sb掺杂SnO2纳米晶薄膜的H2S气敏特性

以SnCl2·2H2O、CuCl2·2H2O、SbCl3和无水乙醇为原料,采用sol-gel浸渍提拉法(sol-geldip-coatingmethod,SGDC)制备了纳米晶气敏薄膜。在多个工作温度和气体浓度下测试了薄膜对H2S的气敏特性。结果表明:r(Cu:Sb:Sn)为1:5:100,工作温度为140℃时,薄膜对H2S有很好的灵敏度和选择性,敏感浓度下限可达0.7×10–6。     

溶剂热法制备纳米SnO2及其气敏性能研究

以SnCl2·2H2O为原料,采用溶剂热法,分别在体积分数为95%的乙醇及95%乙醇–油酸体系中制备了单分散的SnO2纳米粉。利用XRD和TEM等手段,对产物进行了表征,并对其气敏性能进行了测定。结果表明:在95%乙醇–油酸体系中制备的SnO2,粒径约为15nm,在4V的工作电压下,对体积分数为100×10–6的氯气灵敏度为370,响应–恢复时间仅为1s。     

一维纳米SnO_2传感器对变压器油中气体的检测

为准确在线监测电力变压器油中溶解气体,预测其潜伏性故障,通过水热法合成了多种一维纳米SnO2材料,并以其作为气敏材料制作了旁热式气体传感器,研究了其对变压器油中析出气体乙炔的气敏性能。结果显示,各元件表现出不同的气敏性能,其中花状纳米SnO2对乙炔气体的敏感性能最优,在360℃的工作温度下,其对体积分数为1×10–4的乙炔的灵敏度达到38,响应和恢复时间分别为15 s和28 s。