同轴异质In2O3/SnO2复合纤维的构筑及其甲醛敏感性能

两种半导体材料合成的复合材料由于电子亲合能和带隙宽度差形成了同型异质或异型异质结,利用异质结界面形成的费米能级效应可以提高界面载流子迁移率,从而有效改善气体传感器的气敏性能。本文采用自行设计开发的多层同轴静电纺丝装置,构筑了同轴异质复合纳米纤维In₂O₃/SnO₂。所构筑的同轴异质复合纤维In₂O₃/SnO₂外层较大的In₂O₃纳米颗粒附着在内层较小SnO₂纳米颗粒表面,形成中空的分级纤维结构。同轴异质复合纤维In₂O₃/SnO₂中由于存在大量的N-N同型异质结界面,电子迁移率增强,表面活性增强,吸附氧含量增加,对甲醛表现出良好的气敏性能。在250℃环境下,同轴复合纤维In₂O₃/SnO₂气敏元件对50×10^-6的甲醛响应为14.12,分别...     

Au修饰SnO2复合纳米材料的制备和气敏性能

以氯金酸和乙酰丙酮氯化锡为主要材料,通过一步水热法制备了SnO₂和Au修饰的SnO₂（Au/SnO₂）纳米粒子.使用TEM、EDS、XRD和XPS等手段对样品的形貌、组成及结构进行表征,研究了两种材料对乙醇的气敏性能.结果表明,两种纳米颗粒的尺寸都比较均一,平均直径约为9-12 nm;SnO₂为四方金红石结构,Au为面心立方结构;在Au/SnO₂样品中,Au与SnO₂的重量比为2.6%,Au元素主要以Au⁰的价态存在并含有少量的Au³⁺价态;与纯SnO₂纳米粒子相比,Au修饰可显著提高气敏元件对乙醇响应的灵敏度和选择性。     

VO2(B)/ZnO异质复合纳米棒结构的室温NH3敏感性能研究

以VO₂(B)纳米棒为内核, 利用液相生长法制备了VO₂(B)/ZnO异质复合纳米棒, 研究了ZnO生长溶液浓度对复合结构微观形貌和气敏性能的影响规律。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对复合结构样品的微观形貌和结晶取向进行表征, 并测试了复合结构对NH₃的敏感性能。实验结果表明, 随着ZnO种子液浓度的增大, ZnO逐渐由纳米颗粒生长为纳米棒结构, 当ZnO种子液浓度为0.01 mol/L时, ZnO呈棒状沿径向发散生长在VO₂(B)纳米棒表面, 形成树枝状VO₂(B)/ZnO异质复合纳米棒结构, 这一结构在室温下表现出对NH₃的高灵敏度和突出的选择性, 其灵敏度最大可达5.6, 对NH₃的响应时间最短仅为2 s。在室温下表现出的优良NH₃敏感性能, 主要与高密度的VO₂(B)/ZnO异质结和树枝状结构有关。研究结果为低功耗高灵敏度NH₃气敏传感器的研制提供了重要依据。     

纺丝法制备多级SnO2纳米纤维及其气敏特性研究

为了提高SnO2的气敏性能,以PVP为有机溶剂,采用静电纺丝法制备了多级结构的SnO2纳米纤维,利用XRD,SEM和TEM等技术对材料的结构、形貌进行了表征,并制备了SnO2旁热式气敏元件.采用静态气体测试系统对SnO2元件进行了气敏测试.在工作温度300℃时,对0.5~50 ppm甲醛进行了气敏测试.测试结果表明:SnO2气敏元件对甲醛气体具有优异的响应灵敏度,快速的响应及响应恢复特性、较好的选择性.采用静电纺丝制备的多级结构SnO2纳米纤维对甲醛表现出良好的气敏特性.     

一维Pt/SnO2纳米纤维的制备及NOx气敏性研究

为了制备出室温条件下对NO_x气体具有更高灵敏度和更快响应的传感器纳米材料并研究其气敏性能, 本研究通过高压静电纺丝法制备出一维Pt/SnO₂中空纳米纤维。采用XRD、SEM、TEM等表征手段对其结构和形貌进行研究, 同时进行了NO_x的气敏性能测试并予以探讨。研究结果表明: Pt/SnO₂纳米材料是一维中空管状及类似管状结构; 当Pt掺杂量为0.3wt%、NO_x浓度为9.7×10^-5 (V/V)时, NOx响应最快为11.33 s, 灵敏度最高可达109.6%; 当Pt掺杂量为0.5wt%时, 对NO_x检测限最低浓度可达2.91×10^-6 (V/V)。     

纳米SnO2、ZnO及ZnO／SnO2复合材料的气敏性能研究

以ZnO、S如纳米颗粒及ZnO／SnO2复合纳米材料分别作为气敏基料制成旁热式气敏元件,运用扫描电镜观察产物的形貌,用静态配气法对浓度为100ppm的甲烷气体进行气敏性能的测试。结果表明,这几类元件的最佳工作温度及灵敏度差异较大,当工作温度为350℃时SnO2纳米颗粒的气敏性能最佳。此温度下,SnO2响应时间和恢复时间也比纯ZnO纳米颗粒分别缩短了2S和3S。     

微波水解法制备纳米ZnO及其气敏特性研究

以Zn(CH₃COO)₂-2H₂O为原料,采用微波水解法和恒温水解法制备了纳米ZnO粉体,用X射线衍射仪、透射电镜对产物的相组成和微观结构进行了表征和分析,并且测试了其气敏特性.为了改善纳米ZnO的气敏性能,利用微波水解法,通过掺杂Pt、Pd贵金属制备出其相应的纳米复合氧化物.与恒温水解法相比,微波水解法所需反应时间显著缩短、反应物浓度提高;两种方法制备的纳米ZnO粉体皆对酒精和汽油具有较高灵敏度;掺杂Pt或Pd可提高纳米ZnO对酒精和汽油的选择性.     

Fe掺杂NiO纳米花状微球的制备及其气敏性能研究

采用水热法成功制备了Fe掺杂NiO纳米花状微球,研究了Fe掺杂量对微球结构、形貌和气敏性能的影响。气敏实验结果表明:Fe掺杂NiO纳米微球基气敏元件对丙酮的气敏性能较纯相NiO显著提高;当Fe掺杂量为0.03g时,气敏器件在工作温度为280℃,丙酮质量浓度为3.7×10~(-4) mg/L条件下,气体灵敏度为41.8,是相同条件下未掺杂NiO基气敏元件的12倍,该气敏元件在检测低浓度丙酮气体时也表现出优异的性能。     

花状SnO2的制备及其气敏特性的研究

以乙二醇(C2H6O2)为有机溶剂,采用溶剂热法制备了花状SnO2纳米材料,并将制备的SnO2制成旁热式气敏元件.通过XRD,SEM等测试手段对SnO2纳米材料进行了表征,并初步分析了气敏元件对丙酮的敏感机理.制备的SnO2材料是由粒径约为10 nm的颗粒有规则的堆叠而成的直径约为3～4μm的花瓣清晰的多孔分级花状结构.研究发现,气敏元件对丙酮气体有很好的响应灵敏度.在最佳工作温度(350℃)时,检测的丙酮体积分数最低为1×10-6.对100 ppm丙酮的响应及恢复时间分别为40和50 s.且气敏元件对丙酮气体的响应灵敏度远高于对苯、甲苯、甲醇、甲醛、氨等气体的响应灵敏度.     

NiO/In2O3纳米复合材料的制备及气敏性能研究

采用水热法结合水浴法制备出了NiO/In2O3纳米复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等对其微观形貌和晶相进行表征分析。表征结果表明,制备所得In2O3纳米微球直径为200~300 nm,其表面均匀包覆厚度约为20 nm的NiO纳米片。气敏测试结果表明,基于NiO/In2O3异质结纳米复合材料的气体传感器对甲醛的最佳工作温度为220℃;在最佳工作温度下,对浓度为1×10^-5的甲醛气体响应可达到20,响应/恢复时间分别为4 s/16 s,且具有较好的重复性和选择性。最后,对分级结构及p-n异质结对其气敏机理进行了探讨。     

SnO2/NiO复合半导体纳米纤维的制备及气敏性能研究

采用静电纺丝技术结合化学沉淀法和高温煅烧处理,制备了具有不同Sn含量的SnO2/NiO复合半导体纳米纤维.采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)和能量色散X射线光谱仪(EDS)对样品的形貌,结构以及各元素含量进行表征.以乙醇为目标气体,探究SnO2/NiO纳米纤维的气体传感性质,以及Sn含量对复合纳米纤维...     

The preparation and gas sensitivity study of polythiophene/SnO2 composites

Nanocomposites of SnO₂ and polythiophene (PTP) were synthesized by the in situ chemical oxidative polymerization method. These nanocomposites were characterized by FTIR, transmission electron microscope (TEM), X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric and differential thermal analysis (TG–DTA) techniques, which proved the polymerization of thiophene monomer and the strong interaction between polythiophene and SnO₂. The composites were used for gas sensing to methanol (MeOH), ethanol (EtOH), acetone, and NO_x at different working temperature. It was found that PTP/SnO₂ materials with different PTP mass percent (1%, 5%, 10%, 20% and 30%) could detect NO_x with very higher selectivity and sensitivity at much lower working temperature than the reported SnO₂. The PTP/SnO₂ nanocomposites responded to NO_x at concentration as low as 10 ppm. PTP/SnO₂ composite containing 5 mass% PTP showed the highest sensitivity at room temperature. The sensing mechanism of PTP/SnO₂ nanocomposites to NO_x was presumed to be the effects of p–n heterojunction between PTP and SnO₂.     

ZnFe2O4纳米球的制备及其对丙酮的气敏性能研究

丙酮被广泛应用于工业和实验室,对丙酮浓度的检测十分重要。ZnFe₂O₄是一种尖晶石型三元金属氧化物,气敏性能优良,可广泛应用于气体传感器。本文采用简单的一步水热法制备了球状的ZnFe₂O₄气敏材料。通过XRD、XPS、SEM、TEM、N2吸附-解析仪对材料的形貌结构、化学组成、比表面积等进行分析,并以丙酮为目标气体对其气敏性能进行了综合研究。结果表明,ZnFe₂O₄纳米球是由纳米粒子自组装而成,有较大的比表面积;该ZnFe₂O₄基气体传感器在最佳工作温度150℃下对丙酮的灵敏度为65.74,并具有出色的选择性、稳定性、重复性,但随着湿度的增加其气敏性能逐渐降低。     

EDTA辅助合成Co3O4纳米材料及其气敏性能

以有机化合物作为助剂合成纳米材料, 可调控材料的形貌和结构, 进而影响材料的催化和电化学性能。以乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA-2Na)为助剂, 乙酸钴为钴源, 利用水热法合成Co₃O₄纳米材料, 测定材料的结构和气敏性能, 研究其结构与气敏性能的关系, 并探讨EDTA-2Na在材料合成中的作用机制。结果表明, Co²⁺与EDTA^2-形成的配合物调控Co₃O₄晶核的生长方向, 形成了边长约为50 nm的六边形介孔纳米片。在205 ℃下, 利用该材料构筑的气敏传感器对100×10^-6甲苯响应值约为104, 在225 ℃下对100×10^-6丙酮的响应值约为70。该传感器对甲苯和丙酮等挥发性有机化合物(VOCs)的高响应性能是由于EDTA-2Na辅助合成的Co₃O₄表面存在的大量缺陷, 提高了吸附氧含量。另外, 介孔结构和较大的比表面积有利于VOCs的吸附、表面反应和扩散。本研究提供了一种添加EDTA-2Na辅助合成Co₃O₄纳米材料并获得高响应VOCs气体传感器的有效方法。     

SnO/SnO2 heterojunction: an alternative candidate for sensing NO2 with fast response at room temperature

The SnO₂-based family is a traditional but important gas-sensitive material. However, the requirement for high working temperature limits its practical application. Much work has been done to explore ways to improve its gas-sensing performance at room temperature (RT). For this report, SnO₂, SnO, and SnO/SnO₂ heterojunction was successfully synthesized by a facile hydrothermal combined with subsequent calcination. Pure SnO₂ requires a high operating temperature (145 °C), while SnO/SnO₂ heterojunction exhibits an excellent performance for sensing NO₂ at RT. Moreover, SnO/SnO₂ exhibits a fast response, of 32 s, to 50 ppm NO₂ at RT (27 °C), which is much faster than that of SnO (139 s). The superior sensing properties of SnO/SnO₂ heterojunction are attributed to the unique hierarchical structures, large number of adsorption sites, and enhanced electron transport. Our results show that SnO/SnO₂ heterojunction can be used as a promising high-performance NO₂ sensitive material at RT.     

Facile synthesis of Ni-doped SnO2 nanorods and their high gas sensitivity to isopropanol

In this work, pure SnO₂ and Ni-doped SnO₂ nanorods were synthesized through a one-step template-free hydrothermal method and then used to detect isopropanol. Sensors fabricated with the Ni-doped SnO₂ nanocomposites showed the best gas sensing performance when the Ni doping amount was 1.5 mol.%. The response reached 250 at 225 °C, which was approximately 8.3 times higher than that of the pure SnO₂ nanorods. The limit of detection for isopropanol was as low as 10 ppb at the optimum working temperature. In addition, it also displayed good selectivity and excellent reproducibility. It is believed that the enhanced isopropanol sensing behavior benefit from the increased oxygen defects and larger specific surface area by Ni doping.     

一维氧化锌的水热合成及其气敏性能的研究

Zn(NO₃)₂为原料,CTAB为形貌控制剂, 采用水热合成技术制备了一维氧化锌粉体. 采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等测试技术对产物的相组成和微观形态进行了表征和分析, 结果表明一维氧化锌属于六方晶系, 分散性好, 纯度高, 直径～200nm, 长度～5μm. 用该粉体制成烧结型旁热式气敏元件, 测试其气敏性能. 结果表明, 在170℃左右对10ppm的三甲胺、甲醇等还原性气体有很好的响应. 文中对一维材料的气敏机理也进行了讨论.