氧化锌纳米棒/单晶硅的酒精传感器研究

首先采用射频溅射在单晶硅(Si)上制备氧化锌(ZnO)薄膜,作为生长ZnO纳米棒的晶种层,再在水热条件下生长ZnO纳米棒.X射线衍射、X射线能量色散谱,扫描电镜及室温光致发光谱对样品的物相结构、成分、表面微观形貌和晶体缺陷进行了表征.结果表明合成的ZnO纳米棒是六方纤锌矿结构,长径比较高,结晶良好.研究了ZnO纳米棒/单晶Si传感器在空气和酒精气体中的电压-电流(Ⅰ-Ⅴ)特性,阻抗谱及响应-恢复时间.该传感器在+6 V的偏置电压下,其电阻在0.08 g/L酒精气体中下降71%,响应时间小于1 min,可以作为一种新型的酒精气体传感器.     

氧化锌基乙醇气体传感器研制及特性研究

利用水热法合成了不同形貌的ZnO基纳米结构气敏材料,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜 (SEM)对其进行了结构表征和分析。制备成旁热式气体传感器,测试了其对乙醇(C2H5OH)的气敏特性。实验结果表明：基于ZnO纳米花制作出的传感器比纳米球状传感器对C2H5OH具有更高的灵敏度,在200oC下对50ppm的C2H5OH灵敏度为34.7,是球状ZnO基传感器的1.7倍;两种ZnO基传感器对C2H5OH均表现出较好的重复性,在最佳工作温度下对C2H5OH的响应恢复时间均在15秒以内;最后对ZnO基C2H5OH气体传感器的气敏机理进行了讨论。     

气体传感器温度调制信号的瞬时频谱分析

温度调制技术已被证明能够改善气体传感器的选择性。为了有效提取传感器对被测气体的响应特征,提出应用Hil-bert-Huang变换对温度调制下的气体传感器的动态信号进行分析,可获得传感器动态响应信号中的瞬时频谱和边际谱等有效的气体响应特征。通过对一个微热板式气体传感器在矩形波调制下对三种易燃易爆气体响应的动态信号进行测试和分析,说明提取的瞬时频谱和边际谱能较好的体现被测气体信息。进一步研究了调制周期对动态响应信号的影响和该方法在正弦波、三角波等温度调制模式下的传感器对三种易燃易爆气体的响应,结果说明使用瞬时频谱能够有效提取信号中的气体信息。     

类积木状ZnO气体传感器的制备及其气敏特性研究

采用水热法合成了类积木状ZnO纳米结构,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)对制备的ZnO纳米结构的物相、化学组分及微观形貌进行了表征与分析。对基于ZnO纳米结构的气体传感器进行甲烷气敏特性测试,测试结果表明:该传感器的最佳工作电压为5 V,在该电压下对体积分数为200×10-6甲烷气体的灵敏度可高达55.4%,最低检测限为1×10-6。     

氧化锌气体传感器的制备及甲烷检测特性研究

甲烷(CH4)是电力变压器油纸绝缘中溶解的主要故障特征气体,能有效反映运行变压器油纸绝缘故障.气体传感检测是油中气体在线监测、分析的关键.基于水热法,制备了氧化锌(ZnO)纳米片和纳米球气敏材料及传感元件,基于实验室搭建的微量气体检测平台测试了其对CH4的检测特性.研究表明:基于ZnO纳米片制作的气体传感器比纳米球传感器对CH4表现出更好的气敏性能,对50μL/L CH4的最佳工作温度降低了约60℃,同时对低浓度(1μL/L～20μL/L)CH4表现出较高的线性度和长期稳定性.本研究对研制高性能的ZnO基CH4气体传感器奠定了基础.     

热隔离式MEMS气体质量流量传感器设计

研制了一种热隔离式微机电系统（ MEMS）气体质量流量传感器。加热电阻器和上下游测温电阻器采用热隔离悬梁式结构,间隔240μm。对恒温差电路的设计要点进行了分析并制作了系统电路。测试拟合了传感器输出电压随气体流量的关系曲线,并对传感器进行了标定。测试结果表明：在0～20 L/min的流量范围内,传感器响应速度快,灵敏度高,输出信号平滑,适合于工业及医疗等领域。     

基于内压式点滴速度传感器的设计

点滴法在液体微流量检测与控制方面的应用普遍,液体微流量的检测一直是研究的难点.利用医用输液管储液瓶、压力传感器和仪表放大器设计一种点滴速度检测传感器,用压力传感器检测储液瓶内的压力并转换为电压输出,通过测量电压后换算为点滴速度.设计并制作了传感器硬件,并进行实验测试,获得传感器点滴速度关系表达式.     

ZnO纳米棒修饰的QCM气体传感器检测NH_3研究

主要介绍了ZnO纳米棒修饰的石英晶体微天平(QCM)气体传感器的制备与测试。采用两步法在石英晶振片表面制备直径为100 nm的ZnO纳米棒敏感膜,构成QCM NH3传感器。检测系统为自主研发的基于LabVIEW平台的QCM气体传感器频率测试软件。检测NH3的体积分数为5×10-6~50×10-6,响应时间均在10 s以内,最大频差值为10.9 Hz,响应最大频差值与NH3体积分数呈现良好的线性关系。室温条件下,ZnO纳米棒敏感膜可以完全实现吸附解吸过程,具有可逆性。该传感器性能稳定,响应灵敏,具有重复性。     

温度对二氧化锡气体传感器响应信号的影响

在方波调制的条件下,研究了不同的外加电压和不同的占空比下SnO2气体传感器动态响应信号,同时测定了两种条件下的传感器表面相应的温度变化曲线;在7V的外加电压和30/(30 20)的占空比下,传感器能给出完整的动态响应信号;温度曲线的线形虽然相似,但温度梯度却不同,表明电压和占空比对动态信号的影响是通过温度这一本质因素来实现的.对温度这一本质因素进行了理论分析.     

引压方式动态压力传感器研制

介绍了一种通过引压方式探测动态压力信号的传感器。由于受到被测介质温度高和被测环境空间尺寸小限制,传感器需要通过引压管传递动态工作压力。为了保证引压管在传递动态压力过程中不影响传感器的频响特性,设计了一种阻抗匹配结构,减小了引压结构对传感器动态响应特性的影响,保证了动压传感器的频响特性,该传感器的检测单元包括一个引压管、一个敏感元件、一个电路组件、一个阻抗匹配管。测试结果表明：动压传感器具有（31.5～8000 Hz）频响范围。     

Fabrication of gas sensing devices with ZnO nanostructure by the low-temperature oxidation of zinc particles

A method for low-temperature synthesis of a mixture of high-density ZnO nanoflakes and nanowires was developed to produce low-cost and high-efficiency gas sensors with ZnO nanostructures. ZnO nanoflakes and nanowires were grown on glass substrates by the RF sputter deposition of Zn particles and localized oxidation at a low temperature of 300 °C. The synthesized ZnO nanoflakes and nanowires were polycrystalline and had nanometer dimensions, as revealed by X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscope (FESEM) measuring. A gas sensor based on the mixture of ZnO nanoflakes/nanowires responded rapidly and sensitively to ethanol. The sensing properties of the ZnO nanostructure sensor were approximately 72% for 50 ppm ethanol gas at an operating temperature of 100 °C. The response to 10 ppm of ethanol gas was 42% at the same temperature.     

A single ZnO tetrapod-based sensor

Transferable ZnO tetrapods were grown by an aqueous solution method. An individual ZnO tetrapod-based sensor was fabricated by in situ lift-out technique and its ultraviolet (UV) and gas sensing properties were investigated. This single tetrapod-based device responds to the UV light rapidly and showed a recovery time of about 23 s. The sensitivity of a single ZnO tetrapod sensor to oxygen concentration was also investigated. We found that when UV illumination is switched off, the oxygen chemisorption process will dominate and assists photoconductivity relaxation. Thus relaxation dynamics is strongly affected by the ambient O₂ partial pressure as described.We also studied the response of ZnO tetrapod-based sensor in various gas environments, such as 100 ppm H₂, CO, i-butane, CH₄, CO₂, and SO₂ at room temperature. It is noted that ZnO tetrapod sensor is much more sensitive to H₂, i-butane and CO. It is demonstrated that a ZnO tetrapod exposed to both UV light and hydrogen can provide a unique integrated multiterminal architecture for novel electronic device configurations.     

不同形貌ZnO气敏材料的制备及影响气敏性因素分析

以锌盐和碱为原料,采用水热和溶剂热法合成了三种形貌的氧化锌粉体,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对产物的结构和形貌及表面化学状态进行了表征,并将粉体制备成厚膜型气敏元件,测试了其对几种还原性气体的气敏性能,结果表明:在工作温度为395℃时,三种形貌氧化锌对相同浓度的同种测试气体的灵敏度大小顺序为:菜花状氧化锌﹥棒状氧化锌﹥六棱柱状氧化锌。并对影响氧化锌材料气敏性的各种因素进行了分析。     

Pd掺杂ZnO纳米线的乙醇气敏特性研究

研究以贵金属Pd作为掺杂剂的ZnO纳米线敏感元件的乙醇气敏性能。采用水热法在叉指电极上直接制备出具有c轴取向的ZnO多晶纳米线。用SEM,XRD和EDS分析手段观测了材料的微观结构,并对其乙醇气敏性能进行了测试。实验结果表明:对于体积分数为200×10-6的乙醇气体,Pd掺杂的ZnO纳米线在灵敏度(8.17)、工作温度(325℃)和响应恢复时间(15,8s)上优于纯的ZnO纳米线。最后,对Pd掺杂的气敏机理进行了讨论。     

常压等离子体射流沉积ZnO及其传感特性研究

提出了一种环保、高效、低成本的传感器制作方法.应用等离子体射流喷枪沉积ZnO半导体材料,其中等离子体射流喷枪的气源为N2,电源采用输出频率为20 kHz的高频高压电源.使用Zn(NO3)2的水溶液作为前驱物,经过雾化装置形成气溶胶,气溶胶在等离子体的氛围中成功在衬底上沉积出一层ZnO半导体材料,通过XRD、SEM、UV-Vis等对其进行表征分析.并对基于该方法制备的ZnO湿度传感器性能进行表征.ZnO沉积时间为5 min时的灵敏度最高,低湿和高湿下分别为0.435 pF/% RH和19.634 pF/% RH,同时该样品的迟滞、响应时间与恢复时间亦是最优.     

LPG sensing properties of ZnO films prepared by spray pyrolysis method: Effect of molarity of precursor solution

Nanocrystalline ZnO films were deposited onto glass substrates by spray pyrolysis of zinc nitrate solutions and used as a liquid petroleum gas (LPG) sensor. The dependence of the LPG sensing properties on the molar concentration of zinc nitrate solutions was investigated. The ZnO films were oriented along (0 0 2) with the hexagonal crystal structure. The grain size and grain density increased with an increase in molar concentration of zinc nitrate solutions. The gas sensing properties for LPG of the ZnO films for LPG with different grain sizes were measured at different temperatures. The maximum sensitivity of 43% at the operation temperature of 673 K was found for the ZnO film prepared by spraying a 0.1 M solution. The ZnO thin films exhibited good sensitivity and rapid response–recovery characteristics to LPG. Further, it has been shown the gas sensitivity of the ZnO gas sensor depends upon its grain size.     

外磁场诱导Ni-ZnO型甲醛传感器气敏性研究

结合NiO和四针状纳米ZnO的优点,提出了利用平行和垂直气敏膜的磁场诱导Ni纳米颗粒在四针状纳米ZnO气敏膜中的分布来制备甲醛气体传感器的方法.介绍了制备方法,分析了对甲醛的敏感性及其气敏性机理,测试了在不同使用方式中的稳定性.实验结果表明:平行于厚膜表面的磁诱导5%的Ni掺杂ZnO厚膜具有较好的稳定性,同时,对甲醛具有最佳的气敏性和检测的重复性,以其作为甲醛气体探测器具有很好的前景.