基于石墨烯的CO和CO2气体传感器研究进展

室温下石墨烯具有电子迁移率高、比表面积大、机械强度高、化学稳定性和热稳定性优异、导电性好等独特性能,是当今最受关注的二维材料之一。与传统无机氧化物材料相比,石墨烯气体传感器具有工作温度低、能耗小、恢复性高的优点。文章对两种石墨烯气体传感器的研究进展进行了综述。根据气体选择性不同,将石墨烯气体传感器分为检测CO和CO₂气体传感器。分别对其灵敏度、气体响应灵敏度和响应时间等特性进行分析对比。此研究对此类传感器的应用与推广具有一定的指导意义。     

MoSe2纳米球结构的制备及其对NO2的气敏性能

通过水热法制备了纳米球状MoSe₂结构。使用扫描电子显微镜(SEM)对该材料的结构和形貌进行了表征。MoSe₂纳米球状结构形貌均匀,其直径为200～300 nm。同时,利用叉指电极制作了基于MoSe₂的气体传感器,并测试了其气敏性能。测试结果显示：在室温条件下,MoSe₂传感器具有优异的气敏性能,能检测到极低体积分数的NO₂,对体积分数6×10^-8的NO₂的响应为1.006 4,在空气中也能完全恢复。此外,该传感器还具有良好的响应/恢复特性、重复性、长期稳定性与选择性。最后结合电子转移理论,分析了MoSe₂气体传感器对NO₂气体的气敏机理。     

声表面波气体传感器的研究进展

介绍了声表面波气体传感器的基本结构和研究进展,指出了其存在的主要问题及解决方法:如温度控制电路可解决温度的影响;仿钻结晶碳覆盖层可解决湿度影响;人工神经网络技术可解决响应时间;监视声表面波的频率和振幅在高次谐波下的变化,可解决在低浓度工作时的灵敏度等问题。展望了声表面波气体传感器的发展趋势,认为该传感器的研究价值很高,市场前景广阔。     

基于石墨烯压阻效应的压力传感器研究进展

与传统的硅阻型压力传感器、陶瓷型压力传感器相比,石墨烯压力传感器具有测量灵敏度更高、测量范围更广的优点。对几种石墨烯压力传感器的研究进展进行综述。根据制作工艺的不同,将石墨烯压力传感器分为单层型和多层型。根据两大类型,列举最近六种石墨烯压力传感器的基本制作过程和测量范围、检测灵敏度等特性。根据六种石墨烯压力传感器的对比结果,得到单层型与多层型石墨烯压力传感器的不同工作特性及应用环境。针对单层型和多层型石墨烯传感器,分别提出提高性能的可行方案,对此类传感器的实际应用与推广具有一定的指导意义。     

全固态气体传感器的研究进展

本文介绍全固态气体传感器的研究进展,包括半导体氧化物传感器,固体电解质传感器、催化燃烧式传感器以及基于其他原理的气体传感器.     

基于La0.7Sr0.3FeO3的微结构乙醇气体传感器的研制

以La_0.7Sr_0.3FeO₃为敏感材料，设计制成了一种新型的共平面结构气体传感器.基于有限元分析软件Ansys对该传感器结构进行了优化设计.实验测得该传感器对于500ppm浓度乙醇气体的灵敏度为8.0，功耗为261mW，是同种敏感材料烧结型传感器功耗的2/3，响应时间约为1.5s，恢复时间约为2.5s，是一种功耗低、灵敏度高、稳定性好的微结构乙醇气体传感器.     

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。     

一种用于CO2气体传感器的新型MEMS红外光源

基于CO2红外气体传感器微型化、智能化、低功耗的发展要求,创新性地提出一种中心温度为407℃的CO2检测用微电子机械系统(MEMS)红外光源芯片.采用X型悬空桥式微热板结构,内部发热区域以环形走线的钨(W)电极为加热丝,以SiO2和Si3N4双层薄膜作为机械支撑保护层,可防止钨电阻丝氧化并提高寿命.电热耦合有限元仿真分析显示,该光源芯片具有发热区温度分布均匀、热响应时间短、功耗低的优点.采用10.16 cm(4 inch)MEMS工艺完成了芯片的流片制造.测试结果表明,该光源芯片在24 ms内即可快速升温至工作温度407℃,功耗低至46 mW,工作电压为2.85V,工作电流为16.2 mA,具有热响应时间快、功耗低、集成度高的特点.     

基于石墨烯及其衍生物的气敏传感器研究进展

石墨烯具备特殊能带结构、大比表面积、高载流子迁移率等众多极为特殊的物理和化学特性,为制作新型高灵敏度气敏传感器提供了全新的材料和制造方法。国内外研究学者相继开展石墨烯基气敏性能研究工作,诸如采用氧化石墨烯、还原氧化石墨烯及贵金属和金属氧化物掺杂修饰石墨烯作为敏感材料制造高性能气敏传感器,涌现出不少瞩目的成就。综述了基于石墨烯及其衍生物的气敏传感器最新研究进展及应用,并展望了其发展趋势。     

掺杂WO_3基丙酮气敏元件的研制

在WO3粉体材料中加入一定质量分数(w)的掺杂剂(Pt、Pd、PtO2、PdCl2、SnO2、SiO2、Al2O3),于恒温600℃烧结1h制作成旁热式丙酮气体敏感元件。采用静态电压测量法,研究和分析了不同的加热电压与不同掺杂配方元件灵敏度(β)的关系,进一步分析了掺杂剂对元件的响应与恢复时间的影响。实验结果表明,掺入质量分数为0.5%的Pt粉,在加热功率为600mW时,丙酮气敏元件的灵敏度提高约8倍,元件的响应时间和恢复时间分别缩短了约60%和88%。     

光谱式MEMS/CMOS兼容气敏传感器

光谱技术是化学分析的终极手段. 将光谱技术与MEMS (micro-electro-mechanical systems）和CMOS技术结合是解决当前气敏传感器灵敏度低、选择性差、体积大、功耗高、不便于阵列化和高度集成以至于无梯度立体矢量探测能力等问题的有效手段. 本文介绍了一种制作于（110）硅片上的集成光谱式MEMS/CMOS兼容气敏传感器,详述了该气敏传感器的工作原理、传感器结构和制造工艺.     

QCM Sensors Based on PEI Films for CO2 Detection

In this paper, quartz crystal microbalance (QCM) gas sensors coated with polyehtyleneimine (PEI) was utilized for carbon dioxide (CO2) detection. The sensing mechanism is based on the availability of reversible acid-base reactions between CO2 molecules and PEI at room temperature. The experimental results revealed that the PEI/starch sensor exhibited much higher sensitivity than that of pure PEI, and showed approximate linearity over a concentration region ranging from 500 ppm to 8000 ppm. The influence of humidity had also been investigated. Furthermore, the response and recovery time deceased as the operation temperatures increased. Finally, sensitivity loss after conservation for several days and reversibility of the sensors had been discussed.     

纳米氧化锌传感器的研究进展

ZnO是一种带隙宽度约为3.0 eV的Ⅱ-Ⅵ族n型半导体材料,其具有优异的光学性能、压电性能和电化学性能,广泛应用于传感器、太阳电池和催化净化等领域。介绍了目前纳米ZnO的主要制备方法,包括水热法、电化学沉积法和磁控溅射法,分析对比了每种制备方法的优缺点。着重介绍了纳米ZnO材料在气体、生物以及光电传感器领域的研究进展,概括了制约纳米ZnO传感器件发展的影响因素。高性能纳米ZnO材料不仅在传感领域将会有良好的应用前景,而且能促进光电、医疗以及工业生产等行业的快速发展。最后,对纳米ZnO传感器目前所面临的挑战和未来的发展趋势进行了展望和总结。     

Mechanochromic and Thermochromic Sensors Based on Graphene Infused Polymer Opals

High quality opal‐like photonic crystals containing graphene are fabricated using evaporation‐driven self‐assembly of soft polymer colloids. A miniscule amount of pristine graphene within a colloidal crystal lattice results in the formation of colloidal crystals with a strong angle‐dependent structural color and a stop band that can be reversibly shifted across the visible spectrum. The crystals can be mechanically deformed or can reversibly change color as a function of their temperature, hence their sensitive mechanochromic and thermochromic response make them attractive candidates for a wide range of visual sensing applications. In particular, it is shown that the crystals are excellent candidates for visual strain sensors or integrated time‐temperature indicators which act over large temperature windows. Given the versatility of these crystals, this method represents a simple, inexpensive, and scalable approach to produce multifunctional graphene infused synthetic opals and opens up exciting applications for novel solution‐processable nanomaterial based photonics.     

气体声表面波传感器的研究进展

主要从声表面波(SAW)结构和敏感膜的角度综述了SAW气体传感器的研究现状。重点分析了国外出现的换能器新型结构,对其优点进行了初步分析,并和传统的SAW气体传感器结构做了比较,指出这些新结构尽管存在一些缺点,目前还不能取代传统的通用式结构,但是在某些特殊场合具有传统结构所不具备的优点。在敏感膜方面,主要从新材料方面入手,分析了目前主要使用的敏感膜材料,并结合SAW气体传感器的发展趋势,总结出敏感膜的发展方向。同时,对SAW气体传感器的其他组成部分如衬底材料和信号处理电路也作了简单的回顾,最后结合国内外研究成果对SAW气体传感器的发展做了展望。     

低功耗电阻型MEMS半导体气体传感器研究进展北大核心

电阻型MEMS半导体气体传感器在环境空气质量监测和有毒有害气体检测等领域得到了广泛应用，但是受限于功耗较高的原因，这类传感器难以广泛应用于便携式气体检测系统。文章综述了近年来低功耗电阻型MEMS半导体气体传感器的研究进展，分别从气敏材料、传感器结构和传感器模组的集成电路等方面探讨如何实现低功耗的电阻型MEMS半导体气体传感器的制备，并展望低功耗的电阻型MEMS半导体气体传感器未来的发展方向。     

石墨烯基电子学研究进展

综述了石墨烯晶体的能带结构和独特的电子性质,如双极性电场效应、单双层石墨烯效应、衬底效应、石墨烯纳米带(GNR)带隙等特殊效应的研究现状。介绍了石墨剥落技术、外延生长和化学气相淀积(CVD)等石墨烯材料的制备以及表征方法。列举了石墨烯在电子、显示、太阳电池、传感器和氢存储等方面的应用,如在石墨烯场效应管、石墨烯纳米带场效应管(SET)、石墨烯单电子晶体管、石墨烯金属晶体管、石墨烯基纳米电子机械系统(NEMS)、石墨烯分子开关以及石墨烯基高电子迁移率晶体管(HEMT)制备方面的应用。人们已经研究出不同栅长的n/p型顶栅石墨烯场效应管(GFET),并采用标准的S参数直接表征器件的高频性能。理论和实验表明,所有石墨烯纳米带场效应管(GNRFET)在室温下工作的前提是GNR的带宽尺寸小于10nm,并具有半导体场效应管的性能。     

Pt—WO3薄膜气敏传感器的气敏性能研究

用直流反应磁控溅射法制备了Pt-WO3气敏薄膜,进行了薄膜晶体结构和表面形貌的分析,研究了添加Pt对WO3电学和气敏特性的影响。实验证明:当Pt膜厚为4 nm时,WO3薄膜对气体的敏感特性得到改善,对φ(NO2)=5×10-6和φ(NH3)=10×10-6的工作温度均降低了50℃,灵敏度分别达到11.5和900,是纯WO3薄膜的2~3倍,且响应时间缩短。