均匀共沉淀法制备掺锡α-Fe2O3粉体及其气敏性能研究

采用分析纯Fe2(SO4)3和NH3·H2O为主要原料,控制不同的Fe3 浓度、Sn4 : Fe3 、溶液pH值及烧结温度,利用均匀共沉淀法制备了掺锡α-Fe2O3粉体,并用厚膜工艺将粉体涂于云母基片上制成了高灵敏度甲烷气敏元件.利用XRD对粉体成分及结构分析后发现,部分Sn4 以类质同象的方式代替了α-Fe2O3晶格中的Fe3 ,改变了α-Fe2O3的晶胞参数;通过测试元件在不同温度下对800×10-6甲烷的气敏性能,结果表明,掺锡提高了α-Fe2O3的气敏性,且得到了制备掺锡α-Fe2O3甲烷气敏材料的最佳参数.     

ZnSnO_3纳米粉体的制备及气敏特性

以Sn粒和Zn粒为原料,在柠檬酸体系中,用溶胶—凝胶法合成了纳米ZnSnO3粉体。用XRD,TEM对产物的组成、粒径大小、形貌进行了表征。结果表明:产物为平均粒径10 nm左右的圆球形颗粒。采用静态配气法测试了不同烧结温度下材料对还原性气体的气敏性能,发现元件对乙醇、丙酮和H2S气体均有良好的检测性能。特别是煅烧温度在600℃的纳米ZnSnO3材料在最佳工作温度为360℃时对体积分数为50×10-6的丙酮的电阻比值达69,响应—恢复特性良好,响应时间和恢复时间分别为10 s和5 s。     

非加热TiO2气敏元件

本文首次报道了非加热SnO_2—TiO_2气敏元件。该元件不掺任何贵金属,不加热,对 H_2、煤气、LPG有较高灵敏度,响应时间7秒左右,恢复时间小于19秒,老化实验11个月,气敏性不变,低功耗,0.1瓦左右。对CO和CH_4不敏感,有一定选择性。通过IR、BET、以及温度与元件电阻的关系,探讨了元件的机理。     

TiO2-SnO2复合氧化物介孔薄膜的气敏特性研究

采用蒸发诱导自组装工艺制备了TiO2-SnO2介孔金属氧化物薄膜。采用静态配气法,研究了不同掺杂量SnO2对TiO2元件气敏性的影响,并通过测定电化学阻抗谱,分析了介孔金属氧化物的气敏机理。结果表明:随着SnO2掺杂量的增加,TiO2元件对乙醇气体灵敏度也随之提高,而初始响应温度则随之降低。在250℃时,20%-TiO2和SnO2元件对体积分数为500×10-6乙醇的灵敏度分别为13.24和14.26。阻抗分析表明:复合氧化物对还原性气体敏感过程具有明显容抗特征。     

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.     

一种便携式TiO2薄膜乙醇气敏传感器的研制

研制了一种适合于乙醇检测的新型TiO2基薄膜气敏传感器.敏感材料是采用直流磁控反应溅射法制备在Al2O3陶瓷管上的TiO2薄膜,薄膜经过退火处理(500℃、3 h)后,得到对乙醇蒸汽具有很好选择性和灵敏度的锐钛矿相TiO2,其最佳工作温度为270℃左右,响应时间2 s,恢复时间3 s.测量电路采用以ARM7为核的LPC2131微控制器实时监测电源电压,自动调整占空比,从而实现对加热温度的精确控制.通过测量敏感薄膜的电阻,并与乙醇气体浓度进行校准,最终显示被测气体的浓度.整个传感器采用低功耗设计,具备报警功能,同时提供了一个友好的用户界面.     

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。     

苯甲酸溶胶-凝胶法制备ZnFe2O4气敏材料

以苯甲酸为凝胶剂,用溶胶-凝胶法制备ZnFe2O4粉体,通过XRD,SEM等手段对粉体的晶体结构、形貌等进行表征,结果表明：产物为尖晶石结构,颗粒分布比较均匀。采用静态配气法测定材料的气敏性能,发现以ZnFe2O4为基体的气敏元件的最佳煅烧温度为700℃,在175℃的工作温度下对100×10^-6 H2S气体的灵敏度高达126,并具有选择性好,响应—恢复时间短,稳定性好等特点。     

超微粒氧化铁的制备与气敏性能的研究

本文采用PCVD法制备了纳米级的超微粒氧化铁气敏材料.用这种材料制备的气敏元件具有工作温度低、灵敏度高、响应速度快、稳定性好等优点.不需掺杂,改变工作温度和热处理温度便可获得对酒精蒸汽和C_2H_2气体具有选择性的气敏元件.这种材料像SnO_2,ZnO气敏材料一样,在205℃左右出现电导极值.超微粒α-Fe_2O_3的气敏机制属表面控制型.     

平面工艺SnO2薄膜甲醛气敏元件的研究

用ANSYS仿真软件得到最优化的气体传感器电极结构,采用平面工艺在硅衬底上制作了3 mm×2 mm的直热式Sn02薄膜甲醛气敏元件.用溶胶凝胶(sol-gel)法制备了掺Pd的纳米SnO2薄膜,材料的平均粒径约为15nm.元件的最佳工作温度约为230℃,在该加热温度下测试了元件对体积分数为50×10-9的甲醛气体的灵敏度以及响应恢复时间.实验证明:元件的灵敏度随气体浓度的增大而增大,元件的响应和恢复时间均约为50s.