WO_3/Si-NPA复合薄膜的电容湿度传感性能研究

制备了基于硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)的WO3/Si-NPA复合薄膜,并对其表面形貌进行了表征,研究了其电容湿度传感性能和基点电容的温度漂移。研究表明:WO3/Si-NPA继承了衬底Si-NPA规则的阵列结构的表面形貌特征,WO3的沉积形成了连续的WO3薄膜,WO3/Si-NPA是一种典型的纳米复合薄膜。室温下,WO3/Si-NPA的电容值随测试频率的增加而单调减小,但其灵敏度则在100 Hz时达到最大值。在此测试频率下,当环境的相对湿度从11%RH增加到95%RH时,元件的电容增量高达16 000%,显示WO3/Si-NPA对环境湿度有较高的灵敏度。同时,电容的湿度响应曲线显示出很好的线性。对其基点电容的温度稳定性研究表明:WO3/Si-NPA用作湿度传感的最佳工作温度区为15~50℃。     

纳米碳化硅/硅纳米孔柱阵列湿敏性能研究

以硅纳米孔阵列(Si-NPA)为衬底,采用化学气相沉积法分别制备了SiC纳米颗粒/Si-NPA(nc-SiC/Si-NPA)和SiC纳米线/Si-NPA(nw-Si/Si-NPA)复合体系,并对其表面成分和形貌、室温湿敏性能进行了表征.实验结果表明,nc-SiC/Si-NPA和nw-SiC/Si-NPA均对水蒸气表现出...     

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.     

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.     

基于ZnFe2O4纳米材料的低温型H2S气敏元件的设计与实现

以无机盐为原料,液相合成了ZnFe2O4纳米粉体,通过XRD,TEM等手段对粉体的晶体结构、形貌等进行表征并研制了厚膜型气敏元件.结果表明:产物为尖晶石结构,粒径尺寸分布为10 nm~30 nm,平均粒径约为14 nm.在40℃~400℃的温度范围内,采用静态配气法测定元件的气敏性能,发现ZnFe2O4气敏元件在150℃的工作温度下对体积比浓度为1×10-3 (V/V0)、1×10-4(V/V0)的H2S气体的灵敏度分别高达244.34和83.31;在此工作温度下对1×10-4(V/V0)的H2S气体响应时间2 s,恢复时间为5 s.在40℃对1×10-3(V/V0)的H2S气体的灵敏度达到111.00.     

一种AlN基陶瓷微热板NO2气体传感器研究

针对传统硅基微热板半导体气体传感器存在的热稳定性差,工艺复杂等难点,采用良好热导特性的AlN陶瓷为衬底,利用柔性机械剥离工艺和半导体材料In2O3/Nb2O5/Pt厚膜工艺制备了NO2微热板气体传感器.传感器中间加热区周围采用热隔离结构设计,降低了加热区温度分布梯度,提高了温度效率.利用ANSYS有限元工具进行了热结构仿真分析和响应测试分析,验证了热隔离结构设计的合理性.气敏测试分析表明,传感器在不同加热功率条件下,对5×10-6~100×10-6的NO2气体都具有良好的气敏响应特性,经对比分析,在功率150 mW~200 mW时稳定性最佳,且响应速率小于60 s,恢复时间在100 s左右,可实现5×10-6~100×10-6浓度的NO2气体良好检测功能.     

立方锡酸镁/氧化锡复合氧化物的合成及其气敏性能

采用水热法制备MgSn(OH)6前驱体,经过高温煅烧得到了Mg2SnO4/SnO2复合氧化物立方纳米颗粒。采用XRD、SEM、EDS对煅烧前后样品的物相、形貌、组分进行了表征。在不同温度下测试了Mg2SnO4/SnO2复合氧化物气敏元件对甲醇气体的敏感性能。结果表明,该复合氧化物对甲醇气体具有良好的灵敏度和选择性。在最佳工作温度为300℃时对50×10-6~5 000×10-6浓度范围内的甲醇气体具有良好的线性关系,2 000×10-6时气敏元件的响应、恢复时间分别为12 s和8 s。     

气相法WO3纳米粉体的H2S气敏性能研究

采用气相反应法,以纯钨丝为原料,制备了WO3粉末,又以此WO3粉末为基材,掺用溶胶-凝胶制成的TiO2,制作了H2S气敏传感元件.在性能测试中发现,该元件对浓度为10×10-6H2S的灵敏,有较高的灵敏度和较好的响应-恢复特性.文中从材料的微观结构入手,对材料的敏感机理作了分析.     

基于巯基-β-环糊精手性识别多巴对映体研究

利用氨基化离子液体修饰的氧化石墨烯(IL-r GO)、电沉积纳米金(dp Au)和巯基-β-环糊精(β-CDSH)构建手性传感界面,并采用差分脉冲伏安法(DPV)研究该传感界面对多巴对映体的手性识别。其中,氨基化离子液体修饰的氧化石墨烯和电沉积纳米金能有效促进电子的传递,催化多巴的氧化还原反应;而巯基-β-环糊精作手性选择剂,识别多巴对映异构体。实验发现,D-多巴在传感界面的电流响应信号明显大于L-多巴,且峰电流差值达到88μA,说明研制的传感体系与D-多巴的作用更强。在1.0×10-5mol/L至5.0×10-3mol/L浓度范围内,D-多巴和L-多巴的峰电流与其浓度呈线性响应,检出限分别为2.1×10-6 mol/L和3.3×10-6mol/L(S/N=3)。该传感器制备简单、响应快速、检测灵敏,可用于手性化合物的识别研究。     

基于单个SnO2传感器的CO/H2混合气体定量分析

利用单个商品化SnO2传感器,对CO和H2及其混合气体进行分类识别和定量分析.对传感器进行温度调制,获得传感器在不同浓度CO、H2和CO/H2混合气体中的动态响应.对动态响应信号进行离散小波变换(DWT),选取小波系数作为特征,输入到支持向量机(SVM),实现了对CO、H2及其混合气体的识别(其中CO浓度100×10-6,H2浓度1 000×10-6),正确识别率超过96%.从动态响应曲线提取特征,利用SVM模型对CO/H2混合气体进行定量分析,准确地估计出CO的浓度.另外,采用相同样本集,对比SVM和BP算法, 结果显示SVM具有更优的泛化性能.可用的数据处理算法可移植到单片机实现,在气体传感器智能化的研究中具有潜在的应用价值.     

硅纳米孔柱阵列的酒敏特性研究

采用水热腐蚀技术制备了表面同时具有规则阵列结构和多孔结构的硅微米/纳米结构复合体系硅纳米孔柱阵列(S i-NPA),并测试了其电阻酒敏特性。结果表明:S i-NPA对酒精具有较高的灵敏度和较快的响应时间。S i-NPA良好的酒精敏感性能被归因于S i-NPA的表面结构,即高灵敏度来自于其巨大的比表面积对酒精分子的物理吸附,而快响应时间则来源于其表面规则的硅柱阵列为气体的传输提供有效的通道。S i-NPA独特的层次结构使其有可能在未来硅基薄膜传感器等方面得到应用。     

Structural and capacitive humidity sensing properties of nanocrystal magnetite/silicon nanoporous pillar array

A composite thin film was fabricated by coating nanocrystal magnetite (nc-Fe₃O₄) on silicon nanoporous pillar array (Si-NPA), which shows a regular hierarchical structure composed by the pillar array in micron dimension and the nanoporous structure in the film of Fe₃O₄. Capacitive humidity sensors were made based on nc-Fe₃O₄/Si-NPA and the corresponding sensing properties were investigated. The experimental results disclosed that nc-Fe₃O₄/Si-NPA sensor exhibits high sensitivity, strong output signal intensity, and short response times. These high performances of nc-Fe₃O₄/Si-NPA sensor are explained on the basis of the structural and compositional factors of nc-Fe₃O₄/Si-NPA.     

基于Si-NPA的BaTiO3薄膜的电容湿敏性能研究

采用溶胶-凝胶和旋涂技术制备了基于Si-NPA的BaTiO3薄膜(BaTiO3/Si-NPA).场发射扫描电镜和X射线衍射实验表明,钙钛矿结构BaTiO3薄膜很好地覆盖了Si-NPA表面.通过蒸镀双面梳状电极,制作了电容型BaTiO3/Si-NPA湿敏元件并对其湿敏性能进行了测试.结果表明,室温下湿敏元件在11%～95%RH范围内具有很高的灵敏度和较快的响应速度,且电容值的对数对湿度呈现出很好的线性.虽然该薄膜湿敏元件在不同湿度下均存在温度漂移,但分析表明这种漂移有可能通过电极设计或信号补偿加以解决.     

固体电解质电位型甲烷传感器的气敏性能研究

研究了甲烷浓度和工作温度对氧化锆基混合电位型传感器响应值的影响.以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为固体电解质,氧化锡(SnO2)为工作电极的传感器对(200~1000)×10 -6浓度的甲烷具有良好的传感性能,传感器响应值与甲烷浓度的对数值呈良好的线性关系,传感器在650℃时具有良好的传感性能,其中响应时间和恢复时间均低至5 s.     

Ni掺杂SnO2花状微结构的制备及其气敏特性研究

采用水热法合成了纯SnO2和4 mol%Ni掺杂SnO2花状微结构.利用X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱分析仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对其晶相、成分进行了表征,对制备的纯的和Ni掺杂SnO2传感器性能进行了测试.实验结果表明:Ni掺杂可以显著改善SnO2微结构的气敏特性.在最佳工作温度(280℃)条件下,4 mol%Ni掺杂SnO2传感器对100×10-6甲醇的响应可达到13.0,其响应是纯SnO2气体传感器的2.4倍.同时,其具有快速的响应/恢复时间(6 s/5 s),较低的检测极限(1×10-6),以及对甲醇的良好选择性.最后,对Ni掺杂SnO2气体传感器的气敏机理进行了分析讨论.     

一种基于电子隧穿机制的柔性氢气传感器

氢气传感器在涉氢安全领域扮演着重要角色,随着可穿戴设备大量应用,柔性氢气传感器的发展日益受到重视。纳米粒子薄膜以其离散的纳米颗粒状结构和独特的电学响应性质成为了理想的柔性氢气敏感材料。通过在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性衬底上沉积钯(Pd)纳米粒子薄膜构筑了一种柔性氢气传感器。通过上百次反复弯折,该传感器体现了较好的机械性能和电学稳定性,气敏性能在弯折循环前后无衰减。通过系统研究应变状态下的氢气响应性质,发现拉应变使Pd纳米粒子薄膜的氢气响应度增大,而压应变效应则相反。其原因主要归结为应变导致的纳米颗粒间距变化,拉应变产生的较大的纳米颗粒间距会使得传感器电流基线降低,且足够大的纳米粒子间距更能容纳Pd纳米粒子吸氢导致的晶格膨胀,反之亦然。此外,拉应变使Pd纳米粒子薄膜对氢气的响应时间显著缩短,而压应变产生的效果则相反。该氢气传感器探测范围达到0~10%,响应时间可达数秒量级,探测下限为25×10^-6。在低氢气浓度范围内,响应度ΔI/I0与P1/2H2呈现线性关系,对4%浓度氢气的响应度可达600%,灵敏度可达3.28% Pa-1/2。这些结果表明,该传感器具备优异的传感性能,在柔性气体传感器领域具有极大应用潜力。