基于SnO2薄膜气体传感器的设计与制作（英文）

设计了一种带硅岛结构的基于SnO2薄膜材料的共面式气体传感器.利用有限元工具对传感器进行了稳态热分析,分析结果表明这种传感器在33.84 mW的功耗下最高温度达到400℃,气敏薄膜上温度分布均匀.详细阐述了传感器的制作过程,过程中总共使用4块掩模版用于光刻工艺.采用溶胶-凝胶法制备了SnO2纳米薄膜作为传感器的气敏元件.对传感器进行了气敏测试,实验结果表明该传感器拥有良好的气敏性能,在300℃下对50×10-6到2 000×10-6氢气的灵敏度逐渐递增,反应时间可控制在10 s以内.     

以SnO_2纳米颗粒为敏感电极的阻抗型氢气传感器的研究

采用浸渍法在Ce0.9Gd0.1O1.95(CGO)固体电解质骨架中制备敏感材料SnO2,并组装成氢气传感器。利用XRD、SEM对氢气传感器的相组成及微观形貌进行表征,采用IM6e型电化学工作站对传感器气敏性能进行测试。结果表明浸渍法制备的敏感材料SnO2颗粒细小,约为400nm左右;在400~550℃时,传感器阻抗值随氢浓度的增加而减小,且传感器信号与氢气浓度表现出非常良好的线性关系。随着温度升高,传感器的信号响应速度逐渐增加,在550℃、氢浓度为1.0×10-3时,其90%的响应时间为170s。     

二氧化锡纳米线的制备及氢气敏感特性研究

采用化学气相沉积(CVD)方法在有金催化层的硅片上制备了SnO2纳米线。用扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)对其形貌及结构进行了表征,分析了蒸发温度及氧气流量对SnO2相貌的影响。对比了SnO2纳米线在室温及150℃条件下的氢气敏感特性,结果表明SnO2纳米线在150℃下对氢气的灵敏度高达13.3,响应及回复时间≤5 s,表现出了良好的氢敏性能。     

纺丝法制备多级SnO2纳米纤维及其气敏特性研究

为了提高SnO2的气敏性能,以PVP为有机溶剂,采用静电纺丝法制备了多级结构的SnO2纳米纤维,利用XRD,SEM和TEM等技术对材料的结构、形貌进行了表征,并制备了SnO2旁热式气敏元件.采用静态气体测试系统对SnO2元件进行了气敏测试.在工作温度300℃时,对0.5~50 ppm甲醛进行了气敏测试.测试结果表明:SnO2气敏元件对甲醛气体具有优异的响应灵敏度,快速的响应及响应恢复特性、较好的选择性.采用静电纺丝制备的多级结构SnO2纳米纤维对甲醛表现出良好的气敏特性.     

溶胶-凝胶法制备多孔纳米金属铜膜

为了制备多孔纳米金属膜材料,以醋酸铜为前躯体、聚乙二醇为模板剂、二乙醇胺为络合剂,通过溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备了多孔纳米金属铜膜.利用XRD、IR、TG-DTG和SEM对所制备的纳米金属铜膜材料进行了分析及表征,并研究了溶胶浓度、PEG添加量、退火温度对多孔铜膜结构的影响.结果表明,当溶胶浓度为0.6 mol/L时,铜离子与PEG1000的毫克分子比值是42.86∶1,退火温度为500℃时,可以得到较好的多孔结构纳米Cu薄膜.不同的PEG加入量、溶胶浓度以及热处理温度都会对薄膜的形貌有较大的影响.     

Pt／WO3纳米薄膜的氢敏特性

用溶胶-凝胶法和磁控溅射法相结合制备了催化剂Pt掺杂的WO3纳米薄膜,通过改变氢气的体积分数、催化剂Pt的含量及热处理温度等实验因素,对Pt／WO3薄膜的氢致变色性能进行了测试;并利用X射线光电子能谱仪（XPS）分析了薄膜的氢敏机理。实验结果表明：先用溶胶-凝胶法制得WO3薄膜,然后再用磁控溅射法在该WO3薄膜上溅射掺杂5％的Pt,制得Pt／WO3双层纳米薄膜,经100℃热处理后,可以获得性能稳定且具有良好氢敏特性的优质薄膜;薄膜能检测的氢气浓度低至0．008％;XPS分析表明,W^5＋与W^6＋之间的转换是引起WO3薄膜氢致变色现象的主要原因。     

二氧化锡薄膜的电阻气敏和光透射率气敏性能

以无机盐为原料,采用新颖的溶胶－凝胶工艺制备了具有优良电阻－气敏性能的纳米晶二氧化锡薄膜,其在最佳工作温度２００℃对６００ｐｐｍＣＯ的灵敏度可达５００,响应时间和恢复时间分别为１３ｓ和２０ｓ,进一步研究了薄膜的光透射率－气敏性能,发现当通ＣＯ时,透射率下降,最佳工作温度与电阻－气敏性能一致,当提高薄膜的退火温度时,电阻－气敏和光透射率－气敏的灵敏度均下降,分析了产生这些现象的原因。     

Sb掺杂二氧化锡单片纳米带的气敏特性研究

利用热蒸发法制备了纯净的SnO2纳米带及Sb掺杂SnO2纳米带。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和气敏测试仪器对其结构和性能进行了表征和测试。结果表明纳米带表面光滑,厚度约为50nm。纯净SnO2纳米带为理想的单晶结构,掺杂Sb后并没有改变二氧化锡的晶体结构和晶胞参数。使用单根Sb掺杂和纯净的SnO2纳米带制作成传感器并进行气敏性能测试,结果显示:Sb掺杂SnO2纳米带对乙二醇和丙酮的最佳响应温度为180℃,在100×10-6浓度下对乙二醇和丙酮的气敏响应分别为10倍和1.2倍;对乙醇的最佳响应温度为200℃,响应为2.6倍。在最佳响应温度,随乙二醇浓度的增加器件气敏响应增强,其响应时间随乙二醇浓度的增加而缩短,在50×10-6及100×10-6时,其响应时间分别为15s和14s。     

Ni修饰层对SnO2薄膜气敏性能影响

采用磁控溅射技术在SnO2薄膜表面修饰金属Ni，研究Ni修饰量对SnO2薄膜气敏性能影响。对Ni-SnO2薄膜进行表面成分分析，发现Ni的表面含量和化学价态对Ni-SnO2薄膜气敏性能影响至关重要。Ni的表面修饰量在3．4％-8．8％之间将有效提高SnO2薄膜对低浓度氢气的敏感性能。180℃工作温度下，表面含Ni3．4％的SnO2薄膜对1000ppm的氢气灵敏度最高为59．6，同时响应时间和恢复时间降低至15s和125s。Ni修饰量增加到23．4％，薄膜的气敏性能恶化，这是因为修饰层过厚，阻碍气体与SnO2材料接触。同时，XPS证实NiO是增加SnO2薄膜气敏性能的主要物质，增敏机理解释为Ni氧化后形成的NiO在SnO2薄膜上形成p-n结，促进元件的电导变化，从而提高了薄膜的气敏性能。     

纳米SnO2基气敏元件对甲醛气体的检测

采用溶胶-凝胶法制备了纳米SnO2粉末,利用X射线衍射仪(XRD)以及原子力显微镜(AFM)对材料的晶体结构及晶粒尺寸进行了表征.采用制备的纳米SnO2作为基底材料,掺杂纳米TiO2粉末(SnO2与TiO2的物质的量之比为9:1)以及少量的Ag+(物质的量百分比为0.2%～0.4%),以此材料制成气敏元件,检测了元件的甲醛气敏性能.结果表明:该元件在工作温度为300℃时,对200×10-6的甲醛具有较好的敏感性,在不同的工作温度下,元件表现出良好的气敏选择性.理论计算表明,气体分子轨道能量的差异是元件气敏选择性的定性因素.