In2O3纳米材料气敏传感器制备方法综述

氧化铟具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率和较高的催化活性,是一种重要的n型半导体。氧化铟材料对氧化性气体和还原性气体都表现出良好的气敏性能,被广泛应用于半导体气体传感器。半导体气体传感器的性能,如灵敏度、选择性、稳定性、响应/恢复时间等,与气敏材料自身的理化性能、形貌、结构具有直接的关系。本文对近年来纳米结构的In_2O_3研究进展进行了综述,以In_2O_3纳米材料的制备方法以及所制备出的不同形貌结构进行分类介绍,对In_2O_3气敏传感器应用进行展望。     

In_2O_3的制备方法及其气敏性能研究进展

氧化铟是一种常见的n型半导体材料。本文简要介绍了氧化铟的典型制备方法,总结概括了In_2O_3对乙醇、NO_2和氢气的气敏性能,并展望了其发展方向。     

氧化钌复合氧化铟多孔立方体对三乙胺的敏感性能研究

采用水热法制备出立方体形貌的氧化铟纳米材料,然后通过在立方体氧化铟表面复合氧化钌,来改善氧化铟纳米材料的气敏性能。复合氧化钌后的RuO_2@In_2O_3纳米颗粒仍具备In_2O_3立方体规整的形貌,且分布仍保持原状,尺寸大小也没有发生变化;将所得样品制成气敏元件,气敏测试结果显示样品对三乙胺气体展现出较高的气敏响应,气敏元件最佳工作温度较原样相比有所降低(260°C),对三乙胺表现出良好的气敏响应特性,气敏元件的灵敏度高、稳定性好、响应-恢复时间短、选择性好。     

金属氧化物半导体基三乙胺传感器研究进展

三乙胺是一种应用广泛但对人体有毒副作用的挥发性有机物,需要长期有效的监测,开发一种性能稳定、安全可靠的三乙胺气敏传感器,实现对环境中三乙胺气体浓度实时检测,对于三乙胺的安全储存、运输和使用等环节是至关重要的。金属氧化物半导体基气敏传感器具有制备简单、价格低廉、响应值高等优点,在三乙胺气体的检测中具有不可替代的作用。重点介绍了基于金属氧化物半导体的三乙胺传感器最新研究进展。综述了近年来包括掺杂、异质结、有机金属骨架和氧化还原石墨烯在内的关于金属氧化物半导体基三乙胺气敏材料的制备和性能等方面的研究成果。论述了金属氧化物半导体基复合材料对三乙胺气敏性能的机理。展望了金属氧化物基三乙胺气敏材料的未来研究方向。     

氧化锌的合成、结构表征与气敏性能研究

以锌粉为原料,采用燃烧法合成六方晶系氧化锌。采用X射线衍射仪对ZnO样品进行了结构表征。对样品的气敏元件进行了在甲醇、乙醇、丙酮气体中的气敏性能测试,该类元件属于金属氧化物半导体气敏元件。对浓度范围为5～200 mg/kg的甲醇、乙醇、丙酮气体测试表明,所有气敏元件在相同工作电压下对乙醇的灵敏度大于其他气体。该气敏元件对甲醇、乙醇、丙酮气体具有较好的气敏性能,并且具有很短的响应时间。     

基于金属氧化物的乙醇检测气敏材料的研究进展

金属氧化物型半导体气体传感器是目前常用的乙醇检测手段,深入研究和改进金属氧化物型半导体材料是提升传感器性能的重要方式。本文首先论述了气敏检测的机理和影响因素,并综述了近年来发展的主要金属氧化物型半导体气敏材料,重点介绍了不同微观结构的Co₃O₄、ZnO、SnO₂及掺杂金属氧化物材料、氧化物异质结等的研究和发展情况,对它们的合成方法、结构特点以及结构与乙醇气敏性能之间的关系进行了探讨。分析表明,减小材料颗粒尺寸、构建大比表面积多孔结构、掺杂和复合改性,是提升金属氧化物材料气敏性能的有效措施。此外,基于传感器微小化的趋势,以微机电系统（MEMS）工艺为基础的微型传感器成为气体传感器的发展趋势。然而,目前针对金属氧化物气敏材料的制备依然缺乏一定的理论指导,气体检测缺乏相应的机理研究,亟需物理、化学、材料等多学科的相互结合,促进乙醇等半导体气体传感器的进一步发展。     

氧化铟/氧化铬异质材料的制备及其高气敏响应性能研究

通过微波反应法合成了MIL-68(In),并将MIL-68(In)与氯化铬(CrCl3)以不同质量比进行掺混,通过固相反应法制备了氧化铬与氧化铟共烧结产物,并研究了其气敏特性。实验结果表明,铬元素的存在明显提高了氧化铟的气敏特性。其中MIL-68(In)与氯化铬混合质量比为10∶1.5时所获共烧结样品最佳,对体积分数为2×10~(-4)的乙醇响应值从纯氧化铟的15.8提高到30.3,而对体积分数为5×10~(-4)的乙醇响应值达到了46.4。该样品对乙醇气体的响应值远高于丙酮、甲苯、一氧化碳与甲烷,具有良好的选择性。最后,从表面耗尽层机制与化学机制两方面对样品的高气敏性能机理进行了分析讨论。     

导电聚合物气敏传感器研究进展

气敏传感器是利用材料的气敏特性实现目标气体浓度检测的电子元器件,在生产安全、环境监测、临床医学等领域均有广泛应用。气敏材料主要分为金属氧化物半导体材料、导电聚合物(CP)材料、金属有机框架材料。导电聚合物因其成本低、易于合成,在室温下对氨气等有害气体表现出良好的响应的特点而受到广泛关注。近年来导电聚合物复合物的研究也极大地提高了导电聚合物的气敏性能。分析了导电聚合物电阻调控机理,重点介绍了近年来对氨气、二氧化氮、硫化氢等气体的导电聚合物及其复合物的气敏传感器的研究进展,简要介绍了导电高分子在甲醇、三乙胺、一氧化碳等气体检测中的研究情况,最后展望了导电聚合物在气体传感领域的应用前景。     

空心氧化铟小球的合成及其三甲胺气敏特性的测定

本文在以蔗糖为碳源,通过水热方法合成均匀分散的碳小球的基础上,以碳小球为硬模板,采用硬模板法,以硝酸铟为金属源,通过在空气中灼烧的方法获得氧化铟材料。经过透射电子显微镜(TEM),并结合广角X射线衍射(Wide-angleXRD)等手段,证实所得材料为高结晶度的空心氧化铟材料。通过在旁热式气敏元件表面简单涂抹的办法,氧化铟空心小球被制备成气敏器件,并对其三甲胺(TMA)气敏性能进行了测定。研究结果表明,该种材料在较低的工作温度下对TMA具有较高的敏感性和选择性,这表明该种材料是一种非常有前途的TMA气敏材料,有望在食品检测等领域获得广泛应用。     

SnO2纳米材料气敏性能的研究进展

近年来,金属氧化物半导体气敏传感器已经广泛地应用于人们的日常生活中,并成为传感器领域的重要分支。其中,SnO_2是最早被研究的一类气敏材料,属于典型的n型半导体金属氧化物,具有制备简单、成本低廉、性质稳定等优点。主要介绍了SnO_2纳米材料气敏性能的研究进展,详细描述了该材料的气敏机理、改性手段,并对其实用化的前景进行了展望。     

In_2O_3纳米陶瓷纤维无纺布的静电纺丝制备及气敏特性研究

采用溶胶-凝胶法结合静电纺丝技术制备了直径20~60 nm的超细氧化铟(In2O3)纳米陶瓷纤维及纳米陶瓷纤维无纺布。采用XRD,IR,SEM,HR-TEM,TGA等分析方法对纳米纤维的形貌和显微结构进行了表征,并研究了其气敏特性。由700℃下煅烧的该超细In2O3纳米纤维所制备的气敏元件具有较好的反应和选择性,对甲醛气体表现出较快的响应和恢复速度。     

沸石及其复合物气体传感器的研究与应用

半导体金属氧化物是一种常见的气敏材料,以该类型材料作为敏感材料可以设计出具有不同传感原理的气体传感器,但选择性和灵敏度不佳却一直是该类气体传感器的不足。为了解决该问题,常将气敏材料与沸石进行复合,制备金属氧化物/沸石气体传感器,利用沸石独特的物理、化学特性来改善金属氧化物的气敏特性。近年来,许多研究者对金属氧化物/沸石气体传感器进行了研究,使该类传感器对目标气体的选择性与灵敏度均有了提升。为了更好地总结已有的研究内容,以气体传感器的检测原理为主线,对金属氧化物/沸石气体传感器进行了总结,结合沸石对气敏特性的改善进行归纳梳理,从传感器的制备方法、气敏特性和敏感机理等多方面进行了详细的整理和分析,为后续此类工作的开展提供基础。     

ZnSnO3气敏材料研究进展

作为一种重要的半导体气敏材料,ZnSnO_3气敏传感器被用于检测甲醛、丙酮、乙醇、三乙胺等气体。本文综述了近年来,不同方法制备的ZnSnO_3气敏材料以及金属和金属氧化物掺杂的ZnSnO_3气敏材料的研究进展,指出ZnSnO_3气敏材料的不足及未来的研究发展方向。     

氧化锌纳米阵列制备及气敏性能研究

为了研究氧化锌纳米线传感器的气敏性能,通过磁控溅射法和水热合成法制备了贵金属Pd掺杂的氧化锌纳米阵列,对制备所得的样品结构和样貌进行了分析,着重研究了掺杂对氧化锌纳米阵列气体传感器的气敏性能的影响,得到贵金属的掺杂能够提高对气体的响应度,并在一定程度上提高气体的灵敏性能。最后,分析了样品的气体传感机理。研究结果表明:在最佳温度下,金属Pd掺杂能够对原件的气敏性能进行改善。     

磁控溅射碳纳米管SnO2材料性能的研究

采用磁控溅射的方法制备薄膜型碳纳米管SnO2气敏元件,通过对气敏元件在不同气体中的响应进行分析,以及对气敏元件进行SEM和XRD实验,研究碳纳米管SnO2材料的气敏性能。实验表明：磁控溅射碳纳米管SnO2气敏元件对NO2气体有很高的灵敏度,对其他气体不敏感。     

In-Nb复合半导体氧化物Cl2敏感特性的研究

以检测Cl2为目标,采用恒温化学共沉积法合成了In-Nb复合半导体氧化物,并研究了其气体传感器的制作方法,分析了In-Nb气敏材料的微观特性和敏感特性,探讨了气敏机理。实验证明,In-Nb材料具有良好的Cl2敏感特性。     

共沉淀法制备铬酸钬粉体及铬酸钬气敏元件的气敏性能

采用共沉淀法制备HoCrO3前驱体,将前驱体在不同条件下热处理得到铬酸钬纳米粉体。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对HoCrO3纳米粉体的晶体结构和微观形貌进行了表征,对用HoCrO3纳米粉制作的元件进行气敏性能测试,研究了热处理条件对HoCrO3气敏元件气敏性能的影响。结果表明：所制备的HoCrO3粉体为纳米颗粒,平均粒径约为50nm,属于钙钛矿型复合氧化物;采用800℃保温2h制备的HoCrO3气敏元件对三甲胺气体具有较高的灵敏度、良好的选择性和稳定性;样品的检测限较低,对体积分数为1×10^-7三甲胺的灵敏度为3。HoCrO3是检测三甲胺的一种很有应用前景的半导体气敏材料。     

Fe掺杂ZnO纳米纤维的制备及其乙炔气敏性能的研究

采用静电纺丝法制备了Fe掺杂ZnO纳米纤维,研究了不同浓度Fe掺杂对ZnO纳米纤维的形貌、晶体结构及乙炔气敏性能的影响。结果表明:Fe掺杂对其结构及形貌未产生影响,Fe掺杂明显提高了ZnO纳米纤维的气敏性能,Fe掺杂量为6%的ZnO纳米纤维对乙炔气体具有最佳的气敏特性,工作温度为300℃时,粉体对1000 ppm HCHO气体灵敏度达到74.61,随着乙炔气体浓度增大,Fe掺杂ZnO纳米纤维粉体的灵敏度呈上升趋势。这主要是由于Fe元素掺杂使ZnO的缺陷增多,为气敏反应提供更多的活化点,从而提高了气敏性能。     

氧化铟纳米粉体的微乳液合成及其气敏特性

用微乳液法合成了纳米In2O3粉体,浸渍法制备了5％(in mass)La2O3掺杂In2O3。利用X射线衍射、透射电镜对合成产物进行了结构表征。采用静态配气法对氧化铟气敏元件的气敏特性进行了测试。结果表明：微乳液法合成的氧化铟经600℃,5h煅烧后,颗粒尺寸约为30nm,且分布均匀。氧化铟气敏元件对汽油、酒精、甲醛等有机蒸气具有较高的检测灵敏度,但选择性不好。氧化镧掺杂后,不同温度工作时,氧化铟分别对汽油、酒精有较好的选择性,且响应恢复快。     

ZnO/SnS_2复合物的NO_2气敏性能

采用沉淀法合成了具有NO_2气敏性能的ZnO/SnS_2系列复合物。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜及透射电子显微镜等测试手段对ZnO/SnS_2系列复合物进行了表征,采用静态配气法对其气敏性能进行了测试,研究了ZnO含量、工作温度、NO_2浓度等对NO_2气敏特性的影响。结果表明:加入质量分数为1%和2%的ZnO,可以有效提高Sn S2的气敏性能,其中1%ZnO/SnS_2样品对NO_2气体的灵敏度最高,相对于Cl2、SO_2等其他7种测试气体,该样品对NO_2气体具有更高的响应,其对体积浓度10×10-6的NO_2气体响应和恢复时间分别仅需7 s和49 s。这主要是由于ZnO与SnS_2之间形成异质结,有效增加了电子流动所致。