正交氧化钼传感器的制备和硫化氢气敏性能研究

利用水热法制备了α-MoO_3纳米棒传感器材料,进而制备了α-MoO_3纳米棒粉末的平面型气体传感器,并基于CGS-1TP智能气体检测分析系统研究了其对H_2S气体的气敏特性。结果表明:制备的α-MoO_3材料结构呈现棒状形态,平均长度和宽度分别约为300 nm和100 nm。制备的α-MoO_3纳米棒传感器对体积分数为20×10~(-6)的H_2S进行气体响应测试的最佳操作温度为180℃,对应的气体响应值为14.92,响应和恢复时间分别为7 s和11 s,同时对体积分数为10×10~(-6)～100×10~(-6)的H2S表现出较高的线性度和优异的稳定性。     

V掺杂ZnO中空微笼结构的制备及其对H_2S检测气敏性能

采用溶剂热法制备了纯ZnO与V掺杂ZnO中空微笼结构,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线能量色散谱(EDS)对其微观形貌和晶体结构进行表征,发现由纳米颗粒组成的菱形十二面体V掺杂ZnO中空多孔结构在掺杂V后有V_2O_5晶体生成。进一步制备了基于纯ZnO与V掺杂ZnO中空微笼结构的气体传感器,并研究了传感器对H_2S的气敏特性。测试结果表明,基于V掺杂ZnO中空微笼结构的传感器对体积分数为5×10~(-6)的H_2S的响应值达到90.2,气敏性能更加优异。而且该传感器在100℃的最佳工作温度下,具有体积分数2×10~(-7)～1×10~(-5)的良好线性动态区间和优异的选择性,并实现了在300℃的快速恢复。最后,分析了V掺杂ZnO中空微笼结构的气敏性能增强机理。     

CuO纳米空心球的制备及其NO_x气敏研究CSCD

为了制备高灵敏度、快速响应、高选择性的室温NO_x气体传感器,采用简单的一步液相回流法合成出CuO纳米空心球气敏材料。通过XRD、SEM等表征手段对所合成材料的结构和形貌进行研究。结果表明,制备的CuO是由层状纳米片CuO组装成的直径约为500 nm的中空球状颗粒;将其作为电极材料组装成气敏元件,其在室温下对NO_x表现出很好的气敏性能:该材料对体积分数100×10^(–6) NO_x的响应时间为2.5 s,灵敏度可达70.96%;对NO_x最低检测限为体积分数2×10^(–6),灵敏度为13.23%。     

三维花状氧化锌纳米结构的水热合成与气敏特性

采用低温水热合成法制备了氧化锌(Zn O)三维花状纳米结构,通过粉末X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)和选区电子衍射(SAED)等研究分析了其相结构与微观形貌特征,并测试了基于氧化锌三维纳米花所制作传感器的气敏性能。该气体传感器对体积分数为300×10~(–6)乙醇的检测灵敏度可达78.05,响应和恢复时间分别为8 s和9 s,对乙醇的检测浓度下限为体积分数4.67×10~(–6),且具有优良气体选择特性。这一工艺过程的方法简单、可控性好,适合规模化生产。     

基于NASICON和Co_3O_4敏感电极的丙酮传感器的研究

以溶胶-凝胶法制备的NASICON为基体导电层材料,以水热法制备的纳米片状Co3O4为敏感电极材料,制备了一种检测低浓度丙酮的管式结构固体电解质型气体传感器,利用静态配气法对传感器的气敏性能进行了测试,结果表明:当工作温度为300~375℃时,传感器对体积分数为0.5×10–6~100×10–6的丙酮表现出了较好的气敏性能,其检测下限能达到0.5×10–6(体积分数),传感器电动势变化值(?V)与丙酮浓度的对数呈线性关系,在温度为350℃时,传感器对丙酮的灵敏度达到最大值–24.5 mV/decade,另外,该传感器还具有较快的响应恢复速度和较好的选择性。     

Zn/Co金属有机框架的制备及其对正丁醇的气敏特性

采用水热法合成了Co3O4、ZnO和Zn/Co金属有机框架(Zn/Co-MOF)纳米结构。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对其形貌和晶体结构进行了表征,分析结果表明制备的Zn/Co-MOF为边长约300 nm的立方体结构。制备了基于Co3O4、ZnO和Zn/Co-MOF纳米结构的气体传感器,并对正丁醇进行了气敏性能研究。实验结果表明:三种气体传感器对正丁醇均有明显的响应,其中Zn/Co-MOF气体传感器的气敏性能最优。Zn/Co-MOF气体传感器最佳工作温度为200℃,其对体积分数为1×10^-4正丁醇气体的灵敏度为59.18,响应/恢复时间分别约为39 s和40 s。同时,Zn/Co-MOF传感器还具有良好的选择性、重复性和长期稳定性。     

CuO纳米空心球的制备及其NO_x气敏研究

为了制备高灵敏度、快速响应、高选择性的室温NO_x气体传感器,采用简单的一步液相回流法合成出CuO纳米空心球气敏材料。通过XRD、SEM等表征手段对所合成材料的结构和形貌进行研究。结果表明,制备的CuO是由层状纳米片CuO组装成的直径约为500 nm的中空球状颗粒;将其作为电极材料组装成气敏元件,其在室温下对NO_x表现出很好的气敏性能:该材料对体积分数100×10~(–6) NO_x的响应时间为2.5 s,灵敏度可达70.96%;对NO_x最低检测限为体积分数2×10~(–6),灵敏度为13.23%。     

基于CuO/CNT气敏膜的无线丙酮气体传感器

将碳纳米管(CNT)粉末以及氧化铜(CuO)粉末掺杂作为传感器的气敏材料,并通过旋涂的方式涂覆于敏感线圈。设计并简化了传感器的结构,通过丝网印刷工艺在基底上制备线圈。利用线圈的寄生电容与线圈电感形成LCR回路,分析了传感器LC无线耦合的原理以及混合气敏膜吸附丙酮气体的原理,将性质稳定的Al2O3陶瓷作为传感器的基底。在常温下对丙酮气体的体积分数进行检测,谐振频率的改变反映丙酮气体体积分数的变化。结果表明,所制得的传感器具有良好的响应和线性度及优良的稳定性,传感器的最低检测极限为5×10-5。     

sol-gel法制备Yb_2O_3掺杂纳米SnO_2及气敏性能研究

以SnCl_4·5H_2O与柠檬酸为原料,采用sol-gel法制备了掺杂质量分数w(Yb_2O_3)为0~1.0%的Yb_2O_3-SnO_2纳米粉体。利用XRD、TEM等测试手段分析了粉体的微观结构,采用静态配气法测试了由所制粉体制成的气敏元件对NO_2、Cl_2、H_2、H_2S、乙醇、甲醛等气体的气敏性能。结果表明:用该法得到的粉体颗粒粒径小,且均匀;工作温度为100℃时,由掺杂w(Yb_2O_3)为0.4%的SnO_2粉体,在烧结温度600℃制得的气敏元件,对体积分数为30×10–6的NO_2的灵敏度最高可达18224,且该元件具有较好的响应–恢复特性,响应时间和恢复时间分别是20s和15s。     

基于分等级中空微球结构Co3O4/WO3复合材料的制备及对H2S的气敏性能

通过简单的水热法合成了由纳米颗粒自组装而成的分等级中空微球结构WO₃和Co₃O₄/WO₃材料,整个实验过程中不添加任何的表面活性剂和模板剂,符合绿色化学发展理念。对样品的形貌、结构、化学成分和气敏性能进行了表征。结果表明,Co₃O₄/WO₃复合材料成功构筑p-n异质结并呈中空微球结构。在气敏性能测试中,Co₃O₄/WO₃复合材料传感器在最佳工作温度50℃下对体积分数为1×10^-5的H₂S气体的响应值为42.1,约为WO₃传感器的3.37倍,响应时间仅为8 s。本实验还进行了1×10^-8～5×10^-5不同体积分数的H₂S气体连续循环检测,检测下限低至1×10^-8。同时,所制备的传感器具有良好的稳定性、选择性和重现性。此外...     

基于激光光声光谱超高灵敏度检测SF_6分解组分H_2S

H_2S是SF_6气体绝缘设备中放电故障诊断的特征组分之一;针对H_2S在红外波段吸收系数小,传统光学检测方法对H_2S检测灵敏度较低的问题,结合大功率光纤激光放大技术、共振式激光光声光谱技术、波长调制光谱技术和二次谐波检测技术,提出了一种基于光纤放大激光光声光谱的SF_6分解组分H_2S气体的超高灵敏度检测方法;采用近红外可调谐窄线宽分布反馈激光二极管级联高饱和输出功率掺饵光纤放大器作为光声激发光源,搭建具有超高灵敏度的激光光声光谱微量H_2S气体检测系统。结果表明:当测量时间为100s时,该系统对SF_6背景中H_2S气体的检测极限达到1.5×10~(-8)。     

基于电流体动力学喷印法的胶体量子点MEMS气体传感器性能

针对传统的成膜工艺无法实现在百微米级并且结构悬空的微电子机械系统(MEMS)基板上实现气敏薄膜制备的问题,利用电流体动力学(EHD)喷印技术结合氧化钨(WO₃)胶体量子点进行气敏薄膜的无掩模沉积。考虑MEMS基板对沉积精度和工艺条件要求较高,因此首先基于EHD理论建立EHD喷印的数值模型,模拟锥射流形成过程以及电压、油墨属性等因素对锥射流稳定性的影响,并采用实验进行对比分析,验证仿真的有效性并制备出符合喷印的墨水,后采用EHD喷印制备MEMS气体传感器。实验结果表明,利用EHD喷印方法制备的WO₃气体传感器的薄膜致密均匀,在150℃下功耗仅20 mW,对体积分数5×10^-6 NO₂的响应值约为10,能实现体积分数5×10^-7～1×10^-5的NO₂检测,检测下限低至1.6×10^-7,具有优异的气敏性能。     

ZnO纳米线的制备及其气敏特性北大核心

采用水热法制备了ZnO纳米线,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其物相及微观形貌进行了表征和分析。测试结果表明,ZnO纳米线的平均直径和长度分别约为250 nm和10μm。同时,研究了ZnO纳米线气体传感器对挥发性有机化合物(VOC)的气敏特性。实验结果表明,ZnO纳米线的气体传感器在最佳工作温度200℃下,对浓度5×10-7乙醇和丙酮气体的灵敏度分别可达4.58和2.63,相应的响应时间分别为9和6 s,恢复时间均为3 s。其最低检测极限为5×10-8,表明该传感器对不同环境中乙醇和丙酮气体的检测具有潜在应用前景。最后,对ZnO纳米线气体传感器的气敏机理进行了讨论。     

基于单根酞菁铜纳米线的FET式H_2S气体传感器

结合FET和一维微纳材料的优势,构筑了具有高灵敏度和低检测极限的FET式H2S气体传感器。研究结果发现,在室温条件下,器件对体积分数5×10–6至50×10–6的H2S具有良好的灵敏度和低检测极限(5×10–6)。相比于薄膜FET传感器,检测极限降至原来的1/20。与PMMA绝缘层比较研究结果显示:引起器件对H2S的高器件性能的原因主要归因于被暴露的导电沟道和微纳材料的性质。     

氧化镨纳米材料的制备及其对环己酮的气敏性能

采用水热法制备了氧化镨(Pr₆O₁₁)纳米材料,通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对所制备微结构的形貌、化学组分和晶体结构进行了表征。分析结果表明,制备的Pr₆O₁₁颗粒多为边长(280±42.9) nm的正四面体纯相纳米结构。制备了基于Pr₆O₁₁纳米材料的气体传感器,并测试了其对环己酮的气敏性能。测试结果表明,在最佳工作温度(约240℃)下,Pr₆O₁₁气体传感器对体积分数为5×10^-5的环己酮的响应度可达10.5,响应和恢复时间分别为35和74 s。同时,随着检测环境相对湿度的增加,Pr₆O₁₁气体传感器的响应度有所下降,但仍然具备良好的环己酮检测能力,证明其在复杂环境中低浓度环己酮检测领域具有巨大的潜力。     

光子晶体光纤CO2气体传感器的研究

为了能高灵敏度地检测CO₂气体的体积分数,基于红外光谱吸收原理,设计了一种以9m长的空芯光子晶体光纤作为传感单元的CO₂气体传感器。利用该传感器测量了不同体积分数的CO₂在同一吸收波长下的吸收光谱图。结果表明,气体的吸收光强和气体的体积分数之间呈线性变化,与比尔-朗伯定律一致;传感器的灵敏度可达4.389×10-5W。可通过加长光子晶体光纤的长度,来增加气体吸收的有效距离,使传感系统获得较高灵敏度。     

ZnO修饰多针-板结构负电晕放电气体传感器北大核心

基于负电晕放电原理的气体传感器利用局部高压电场将目标气体电离,根据电离特性对气体进行识别。采用MEMS技术制备硅尖阵列电极,利用电喷ZnO纳米颗粒对电极表面进行修饰,结合金平板正电极构建了多针-板结构电晕放电气体传感器。研究了电极间距对传感器负电晕放电特性的影响,综合考虑起晕电压、信号输出范围及稳定放电范围,优化电极间距为100μm。测试了在-0.70 kV放电电压下传感器对乙酸气体的敏感特性。该传感器对乙酸气体的响应灵敏度约为1.05 mV/10-6,理论检测限(三倍噪声)约为8.6×10-6,测试范围内传感器响应同乙酸气体体积分数近似呈线性关系。实验结果表明,ZnO纳米颗粒修饰减小了放电尖端曲率半径,增加了放电尖端个数,消除了硅尖阵列之间高度和顶端曲率半径的差异,从而有效降低了起晕电压,提高了传感器对乙酸气体响应灵敏度及电晕放电的稳定性。     

碳纳米管场效应型DMMP气敏传感器研究

基于单壁碳纳米管(SWCNT)的场效应气体传感器由于具有传感性能好、体积小、室温操作和加偏压自我解吸附等优良性能,有着广泛的应用前景。利用单壁碳纳米管自组装技术在SiO2/Si基底上制备均匀分布的SWCNT薄膜,将其作为沟道制作了具有灵敏开关特性的场效应晶体管(FET),该FET器件的开关比达到105。将此FET器件作为气体传感芯片用于甲基膦酸二甲酯(DMMP)气体分子的检测。结果显示,当通入DMMP气体时,器件的阈值电压向负栅电压方向移动。当DMMP体积分数为5×10-6,栅压为-10 V时,器件的灵敏度达到32%,响应时间为300 s。在15 V的栅压下器件能够很快地实现气体解吸附。     

基于ZnO的超快恢复三乙胺气敏传感器

不同形貌ZnO纳米材料的合成对高性能气敏传感器的开发具有重要意义。采用微波辅助法合成了ZnO纳米微球和纳米棒,通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)分别对材料的结构、形貌和光学性能进行表征,研究了两种形貌ZnO纳米材料的气敏性能。结果表明：ZnO纳米微球与ZnO纳米棒相比表现出良好的气敏性能,在370℃下对体积分数为100×10^-6的三乙胺灵敏度高达110.4,响应和恢复时间分别为18 s和2 s,检测限低至0.1×10^-6,在长期的循环测试中ZnO纳米微球传感器可以保持较高的响应值、良好的稳定性和重复性。     

Au纳米颗粒修饰的ZnSnO3纳米立方体结构的制备及其气体传感器性能

采用沉淀法和化学还原法合成了金纳米颗粒(NP)修饰的ZnSnO₃纳米立方体结构(AuNP@ZnSnO₃),通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等表征手段对所合成的复合纳米结构进行了分析,并研究了基于该复合纳米材料的气体传感器对一氧化碳(CO)和甲烷(CH₄)气体的气敏特性。同时,以树莓派Zero 2W为主控模块,设计了集成实时显示、网页显示和数据记录等功能的传感器测试系统,用于测试所制备的气体传感器性能。测试结果表明,相比于ZnSnO₃气体传感器,所制备的AuNP@ZnSnO₃气体传感器表现出更优异的气敏性能。在最佳工作温度(240℃)下,其对体积分数均为1×10^-4的CO和CH₄气体响应度分别可达4.08和2.57,分别约为ZnSnO₃气体传感器响应度的1.59倍和1.71倍,并且具有较低的工作温度、良好的重复性以及长期稳定性。