CuO-ZnO花状纳米结构复合材料设计、合成及气敏特性研究

采用一步水热法制备CuO-ZnO花状纳米结构复合材料.采用X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDX)及扫描电镜(SEM)对制备的材料进行结构及形貌表征,并使用静态配气法测试CuOZnO花状纳米结构复合材料对甲醛的气敏性能.结果表明:适量引入CuO可显著改善ZnO材料的气敏特性.200℃的工作温度下,掺杂摩尔分数为5%CuO的ZnO花状纳米结构材料对体积分数为1×10~(-5)甲醛的灵敏度最高,为8. 1,是未掺杂ZnO的2. 3倍,同时具有良好的循环稳定性和选择性.最后,对CuO掺杂的气敏机理进行了讨论,其气敏性能的提高归因于在ZnO与CuO接触面形成了p-n异质结及CuO的催化特性.     

p-n型CuO/α-Fe_2O_3复合半导体材料的制备与气敏性能研究

采用化学沉淀法制备了纯态CuO和α-Fe_2O_3颗粒,并采用沉积-沉淀法将p型半导体CuO负载到n型半导体α-Fe_2O_3表面,制备了p-n型复合半导体氧化物气体敏感材料CuO/α-Fe_2O_3.对所合成的材料进行了XRD、SEM、TEM和XPS表征.结果显示:负载量较低时,CuO高分散在α-Fe_2O_3载体表面,当负载量达到30%时,形成了新的CuFe_2O_4晶相;所合成的样品由粒径大小约10 nm的纳米颗粒组成.气敏性能测试结果显示:该材料在100℃的较低温度下,对CO的灵敏度相对纯α-Fe_2O_3提高了几十倍.     

氧化钛锡复合纳米粉的制备及其气敏性

TiO2和SnO2都是n型半导体,广泛应用于检测H2、CO、醇类等气体的气敏传感器的研究中.本文以钛酸丁脂Ti(OC4H9)4和结晶四氯化锡SnCl4.5H2O为原料,采用共沉淀法,制备出氧化钛、氧化锡复合纳米粉.通过XRD、AFM对制备的复合材料进行了表征.以二氧化锡和二氧化钛摩尔比分别为2∶1;4∶1;6∶1;8∶1;10∶1的5种复合纳米粉体为基体材料,制成旁热式气敏传感器;采用静态配气法测试了各元件对乙醇气体的气敏性能;对元件的灵敏度、响应及恢复特性进行了研究;并分析了乙醇浓度、加热温度等对气敏元件气敏性能的影响.结果表明,复合材料由纳米晶粒组成,复合材料中TiO2含量低于12.5%时,钛离子取代锡离子形成固溶体,其气敏性能较高;TiO2含量大于12.5%,TiO2独立形核,形成两相复合纳米粉.复合材料对乙醇的灵敏度随浓度的增加而增大,呈现出比较好的线性关系.在273℃,乙醇体积分数为400×10-6时,n(SnO2)∶n(TiO2)=10∶1的复合粉体制备的气敏元件的灵敏度高达130.7;并且元件具有良好的响应及恢复特性.     

纳米氧化钛基气敏材料的合成与气敏性能研究

采用溶胶凝胶法制备了纳米二氧化钛粉末,并与均匀沉淀法制备的纳米二氧化锡粉末复合,制备出纳米TiO2-SnO2复合材料.通过硝酸银掺杂制得TiO2-Ag+,TiO2-SnO2-Ag+(Ti/Sn一2:1),TiO2-SnO2-Ag+(Ti/Sn=3:1)三类气敏材料,采用静态配气法测试了气敏元件对乙醇,甲醇和甲醛的气敏特性.实验结果表明,TiO2复合SnO2并掺杂适量Ag+能显著改善TiO2的气敏性能,其中Ti:Sn=2的复合材料气敏性能优于Ti:Sn=3的复合材料.     

SnO_2-WO_3复合金属氧化物对丙酮的气敏性能

用SnO_2对WO_3纳米片表面进行修饰,制备了SnO_2-WO_3复合材料,并通过扫描电子显微镜和X射线单晶衍射对所制备的材料形貌和晶体结构进行表征。实验结果表明:制备的WO_3具有纳米片状结构,厚度约为20～30 nm。随着SnO_2含量的增加,复合材料逐渐形成表面附着片的球状结构,球的直径约为2.5μm。此外,气敏性能测试研究表明:由复合量为0.2 mmol SnO_2的SnO_2-WO_3复合材料制成的传感器对丙酮具有最佳的气敏性能,其最佳工作温度为300℃,此时的响应值为纯WO_3纳米片的2倍左右,并且对体积分数为2×10-8的丙酮气体有响应。因此,该SnO_2-WO_3复合材料可以作为一种优良的丙酮气敏材料。     

铑掺杂多孔纳米氧化锌的制备及其气敏性能

采用水热合成法制备出了多孔氧化锌(ZnO)纳米片和铑(Rh)掺杂纳米氧化锌。并且通过XRD、SEM、TEM和BET表征分析得到其粒径大小在30~60 nm范围内,结构为分层纳米片堆叠花状,比表面积为38.3 m2/g的氧化锌纳米材料。将制得的气敏材料制成旁热式气敏传感器,采用河南炜盛WS-30A装置以及静态配气法测试其气敏性能。实验测试发现,铑掺杂纳米氧化锌相对于纯的纳米氧化锌有更高的灵敏度和更低的工作温度以及更快的响应恢复特性。并且对100 ppm的正丁醇灵敏度达到了2 049,而纯的氧化锌对100 ppm正丁醇的灵敏度只有105。铑掺杂氧化锌气敏元器件对乙醇、氢气、正丁醇和甲苯的最佳工作温度分别为340℃、300℃、340℃、260℃,响应恢复时间都在10 s左右,而纯的氧化锌气敏元器件对这些检测气体的最佳工作温度都在400℃以上,响应恢复时间基本上都在15 s以上。     

Ag^＋掺杂TiO2-SnO2基纳米复合材料气敏性能

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2-SnO2复合纳米材料,以其为基底进行Ag＋掺杂作为气敏材料,制备成旁热式气敏元件,研究了无光照和313 nm紫外光照下元件对有机挥发气体甲醇和乙醇的气敏特性.结果表明：紫外光照可使半导体元件的电导显著增大,提高元件对醇类有机挥发性气体的灵敏性,240℃时灵敏度为62,是无光照时的1.5倍;在乙醇气体浓度为4.5×10^-6mol/L时灵敏度达到26.5,而无光照时仅为9.5.     

Ag+掺杂TiO2-SnO2基纳米复合材料气敏性能

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2-SnO2复合纳米材料,以其为基底进行Ag＋掺杂作为气敏材料,制备成旁热式气敏元件,研究了无光照和313 nm紫外光照下元件对有机挥发气体甲醇和乙醇的气敏特性.结果表明：紫外光照可使半导体元件的电导显著增大,提高元件对醇类有机挥发性气体的灵敏性,240℃时灵敏度为62,是无光照时的1.5倍;在乙醇气体浓度为4.5×10^-6mol/L时灵敏度达到26.5,而无光照时仅为9.5.     

SnO2气敏元件敏感性能的研究

为了探讨具有优良性能的SnO2气敏元件的研制方法,依据半导体晶界气敏理论．以SnO2为基体材料,采用烧结型工艺和溶胶一凝胶方法制备出了气敏器件,并对该元件的气敏特性进行了测试,结果表明,采用溶胶一凝胶方法制备的气敏元件具有较高的灵敏度和低电阻等特点,对氢气响应时间可以达到5s.     

氧化铜掺杂氧化锌气敏材料的制备及气敏性能研究

本文利用水热法制备氧化铜掺杂的碱式碳酸锌,并经过高温得到尺寸均匀的多孔氧化铜掺杂氧化锌纳米材料.用XRD、SEM等测试手段对材料的结构和形貌进行表征,并研究了掺杂前后多孔纳米材料对硫化氢的气敏性能.结果表明,氧化铜掺杂可以提升材料对硫化氢气体响应的灵敏度、选择性和稳定性,材料对H2S的最佳响应温度降低至180℃,对10 mg/L硫化氢的灵敏度可以达到60,对其他气体响应相对较弱,说明材料具有非常好的选择性.该氧化铜掺杂多孔氧化锌可适用于硫化氢气敏传感器.     

氧化锌纳米梭酒精敏感性能的研究

针对水热合成工艺的低成本、无污染的特点,以硝酸锌、六亚甲基四胺和氨水为水热反应体系,研究了新颖形貌的氧化锌纳米梭的制备方法,同时对氧化锌纳米梭的形成过程进行了分析.并将氧化锌纳米梭制成旁热式气敏传感器并利用以Labview系统为核心的气敏数据采集系统对其进行酒精敏感性能测试,测试结果表明氧化锌纳米梭气敏传感器的最优工作温度在380℃左右;在此温度下对同一浓度的4种不同气体测试表明,对乙醇气体的灵敏度高于其他气体;对质量分数为5×10-6的乙醇有40%的灵敏度响应,随气体浓度的增加灵敏度也随之升高,对质量分数为100×10-6的乙醇气体可达85%.     

多孔ZnO纳米片的制备及气敏性能研究

通过溶剂热方法大量得到具有二维片状结构的前驱物后,再经煅烧处理成功制备出了多孔ZnO纳米片.用XRD、FESEM、TEM等手段对材料的结构和形貌进行了表征,并系统研究了材料的气敏性能.结果表明,多孔ZnO纳米片为单晶结构,制备的气敏元件对丙酮气体具有较高的灵敏度和选择性.制备出的多孔ZnO纳米片是制备丙酮传感器的理想材料,所制备的气敏元件具有良好的响应恢复特性.     

化学沉淀法制备纳米α-Fe2O3及其气敏性能研究

以Fe(NO3)3.9H2O和Na2CO3为起始物,采用化学沉淀法制备了纳米级α-Fe2O3粉体材料.采用XRD、TG-DTA和TEM等技术对产物的晶型、晶粒大小及形貌进行了表征.结果表明,沉淀法所制备的α-Fe2O3粉体材料为分散均匀的球形颗粒,平均粒径大小约40 nm.气敏性能测试结果表明该材料具有可观的气敏性能,对H2S气体表现出较高的灵敏度及良好的选择性,且对乙醇气体的灵敏度明显高于市售样品.在对所制备的α-Fe2O3纳米材料的结构及气敏性能进行系统研究的基础上,初步讨论了其对还原性气体的敏感机理.     

化学沉淀法制备纳米α-Fe_2O_3及其气敏性能研究

以Fe(NO3)3.9H2O和Na2CO3为起始物,采用化学沉淀法制备了纳米级α-Fe2O3粉体材料.采用XRD、TG-DTA和TEM等技术对产物的晶型、晶粒大小及形貌进行了表征.结果表明,沉淀法所制备的α-Fe2O3粉体材料为分散均匀的球形颗粒,平均粒径大小约40 nm.气敏性能测试结果表明该材料具有可观的气敏性能,对H2S气体表现出较高的灵敏度及良好的选择性,且对乙醇气体的灵敏度明显高于市售样品.在对所制备的α-Fe2O3纳米材料的结构及气敏性能进行系统研究的基础上,初步讨论了其对还原性气体的敏感机理.     

Zn掺杂对SnO_2纳米线的气敏性能的影响

为了提高SnO2纳米线基气敏传感器在实际应用中存在着灵敏度低、选择性差等问题,采用物理热蒸发法制备纯SnO2纳米线和不同质量百分比（7%,8%,9%,10%）的Zn掺杂SnO2纳米线,将制得的气敏基料制备成旁热式气敏元件,应用静态配气法对浓度均为500ppm的无水乙醇蒸汽、CO及CH4分别进行气敏性能测试.实验结果显示,Zn掺杂SnO2纳米线相比纯SnO2纳米线的气敏性能有了明显提高（乙醇提高2.46倍,CO提高13.88倍,CH4提高1.43倍）,并得出无水乙醇气敏性能在工作温度为280℃最高,CO,CH4在300℃最好.当Zn的掺杂比例为质量百分含量为9%时,各种比例材料所制成的气敏元件气敏性能最高.     

CuO花状微球的可控合成及在气体传感器应用研究

采用一步水热法合成CuO花状微球，并通过XRD和SEM对相应的微观结构进行分析表征.结果显示：表面活性剂聚乙二醇（PEG）的用量对产物形貌有较大影响，当PEG的用量为0.8 mg可制得形貌良好的花状微球，其由形状、大小相似的纳米片组装而成，直径为2~7 μm.将制得的CuO花状微球构筑旁热式气敏元件，并采用静态配气法测试气敏元件对乙醇气体的敏感特性.结果表明:CuO花状微球对乙醇有良好的气敏响应特性，且响应恢复时间短、检测下限低、选择性好，在乙醇气体检测方面展现了良好的应用前景.     

不同模板剂对石墨烯/WO3 复合材料结构与性能的研究.

以氧化石墨烯和Na_2WO_4·2H_2O原料,在不同的模板剂条件下,通过水热合成法制备石墨烯/WO_3复合材料,采用扫描电镜和X射线衍射仪对产物的组成及形貌进行表征,将合成的复合材料制备成气敏元件,通过静态配气法对复合材料的气敏性能进行研究。结果表明,在70?C工作温度下,以K_2SO_4为模板制备的石墨烯/WO_3气敏元件对H_2S气体表现出更好的选择性,适用于制备H_2S气体传感器;在工作温度为100?C时,以(NH_4)_2SO_4为模板制备的石墨烯/WO_3气敏元件对NO_2气体具有最大的灵敏度,同时表现出很好的选择性,可以被用来制备NO_2气体传感器。     

微波水热法构筑高性能SnO_2基乙醇传感器

以二水合二氯亚锡为原料,无任何添加剂,通过微波水热法快速合成氧化锡(Sn O2)纳米棒.使用X射线衍射和扫描电子显微镜对样品的结构、形貌进行表征.研究发现,制备的Sn O2纳米棒颗粒尺寸均一,分散性较好,纳米棒的表面布满颗粒状的突起.以制得的Sn O2纳米棒构筑旁热式气敏元件,采用静态配气法测试了气敏元件对乙醇、甲醇、丙酮和氨气等气体的敏感性能.结果表明,该气敏元件对乙醇具有灵敏度高、检测下限低、选择性好、响应和恢复迅速等优点.     

静电纺丝法制备钇掺杂的ZnO及其对丙酮的气敏特性研究

为改善Zn O对丙酮的气敏响应,采用静电纺丝法,利用PVP/Zn(NO_3)·6H_2O/Y(NO_3)_3·6H_2O等制成的前驱液,制备了钇掺杂的Zn O纳米纤维,通过XRD、SEM等表征手段对制备的纯Zn O和掺杂的Zn O样品进行了表征分析.将制备的纯Zn O和钇掺杂的Zn O纳米纤维制成电阻型气体传感器.气敏测试结果表明,Y掺杂有效改善了Zn O纳米纤维对丙酮气体的敏感特性.在440℃时,对1×10~(-6)~200×10~(-6)(体积分数)丙酮具有良好的响应,响应时间为14~40 s,恢复时间为20~55 s,对于100×10~(-6)丙酮的响应值约为70(S=Ra/Rg),并且对于乙醇、氨气、甲醇、甲醛、甲苯、苯有较好的选择性.同时分析了该材料对丙酮的敏感机理.     

纳米Co3O4的制备及其臭氧辅助下对乙醇的气敏性能

以CoOCl₂·6H₂O为钴源,NaOH为沉降剂,通过水热法制备出Co₃O₄纳米粉末,并以Co₃O₄纳米粉末为敏感材料制作了旁热式气敏元件。X射线衍射和透射电子显微镜表征显示Co₃O₄纳米粉晶粒平均粒径15.6 nm。气敏测试结果表明元件在80 ℃、臭氧质量浓度为4.280×10^-8 g/mL的条件下,对2.009×10^-7 g/mL乙醇的灵敏度达到29,而空气中时元件对乙醇的灵敏度仅为4,O₃的加入提高了Co₃O₄气敏元件在80 ℃的灵敏度,并将对乙醇气敏的最佳工作温度由100 ℃降低至80 ℃,实现了Co₃O₄在低温下（80 ℃）的气敏性能检测。