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.     

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.     

氧化锌一维纳米棒的低温制备及其气敏性能

采用低温水热法合成了氧化锌(Zn O)一维纳米棒,通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)研究了其相结构与形貌,并测试了基于Zn O一维纳米棒所制作的传感器的气敏性能.研究表明,该气体传感器对体积分数为500×10-6的乙醇的检测灵敏度为35.71,对乙醇气体的响应和恢复时间分别约为7 s和9 s,并具有优良气体选择特性,最后,结合电子释放理论解释了其气敏机理.     

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.     

掺镍多孔纳米SnO_2材料的制备及其气敏性能

以SnCl4.5H2O为原料,聚乙二醇（PEG-1000）作为分散剂,利用沉淀法制备出SnO2纳米粉体,采用扫描电镜（SEM）和X-射线衍射（XRD）对其形貌和微观结构进行表征.并以其作为基底材料以离子的形式掺杂摩尔比为1%的Ni2＋作为气敏材料,制作掺杂和未掺杂两种旁热式气敏元件,测试其对乙醇、甲醇和丙酮的气敏特性.发现在较低的工作温度下两种元件对三种气体都有较高的敏感性,同时Ni离子的掺杂对三种气体的灵敏度有不同的影响,对乙醇表现出很好的选择性.     

掺镍多孔纳米SnO2材料的制备及其气敏性能

以SnCl4·5H2O为原料,聚乙二醇(PEG-1000)作为分散剂,利用沉淀法制备出SnO2纳米粉体,采用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)对其形貌和微观结构进行表征.并以其作为基底材料以离子的形式掺杂摩尔比为1%的Ni2+作为气敏材料,制作掺杂和未掺杂两种旁热式气敏元件,测试其对乙醇、甲醇和丙酮的气敏特性.发现在较低的工作温度下两种元件对三种气体都有较高的敏感性,同时Ni离子的掺杂对三种气体的灵敏度有不同的影响,对乙醇表现出很好的选择性.     

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。     

ZnO及Au-ZnO中空微球的制备及其气敏性研究

以二水合醋酸锌及氯金酸为主要原料,通过微波水热法快速合成ZnO及Au-ZnO.使用X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对样品的组成及结构进行表征.研究发现,制备的材料具有中空微球结构,直径约为4μm.以制得微球构筑旁热式气敏元件,并采用静态配气法测试了不同掺金量的气敏元件对乙醇、甲醇、丙酮和氨气等气体的敏感性能.分析结果表明,小粒径的Au纳米粒子负载在ZnO表面,提高了表面的粗糙度和比表面积,除此之外,Au活化了乙醇分子,促进了乙醇和氧离子在表面的化学反应,导致Au负载的ZnO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.     

溶液处理ZnO纳米火炬阵列薄膜的制备及其气敏性能研究

利用晶种生长和溶液处理相结合的方法在气敏元件表面制备出了ZnO纳米火炬阵列薄膜,该方法在低温下进行,对环境友好且能耗低。对制得的薄膜进行XRD表征,结果表明其主要物相为纤锌矿ZnO;并对该薄膜进行FESEM表征,发现该ZnO纳米火炬呈中空形貌,高5μm,外径2μm,壁厚约200nm,且大小均一、排列有序。这些纳米火炬都是由粒径20nm左右的更细小的ZnO粒子组装而成。此外还讨论了ZnO纳米火炬结构的可能生长机理。最后对这种ZnO纳米火炬阵列薄膜进行了乙醇的气敏性能测试,并与纳米棒和纳米墙等已知形貌的ZnO纳米材料相比较,结果表明纳米火炬结构的ZnO纳米材料具有更优良的气敏性能。     

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/Sn热共蒸发制备ZnO/Zn2SnO4/SnO2同轴纳米电缆

为了研制优质气敏传感器的ZnO系气敏元件,以Zn粉和Sn粉为原料,通过热共蒸发法,在900℃的氧气气氛中,制备了直径为80～150nm的三层同轴ZnO/Zn2SnO4/SnO2核壳结构的纳米电缆.利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和透射电子显微镜（TEM）试验对纳米电缆的形貌、组成成分以及微观结构进行了表征.测得该三层同轴ZnO/Zn2SnO4/SnO2核壳结构的纳米电缆的芯核为SnO2,中间层为Zn2SnO4化合物,外壳层为ZnO,且有铅笔状、三角金字塔状和四棱锥状三种不同纳米形貌.     

粉末溅射ZnO薄膜酒敏元件

针对金属氧化物薄膜气敏元件传统制造工艺中存在的掺杂不稳问题,开发了一种实用化的ZnO薄膜气敏基材料.采用粉末溅射法研制ZnO：1?O2薄膜,利用衬底Al2O3与ZnO晶体均为六方结构的特点,选择适当溅射参数研制出薄膜气敏元件,同时通过悬挂芯片双点焊工艺,使元件更加小型化.长期检测结果表明,此类元件气敏特性和稳定性良好,适合进一步推广应用.     

二氧化锡纳米薄膜的AFM研究与气敏性能测试

以SnC l2.2H2O为反应前驱物,采用溶胶-凝胶法制备了二氧化锡纳米薄膜,对薄膜制备过程中原料的浓度、陈化时间、提拉速度、烧结温度、烧结时间等影响因素进行了系统的研究,获得了较佳的制膜工艺条件,并测试了SnO2薄膜在室温下的气敏特性.结果表明,当Sn2+浓度为0.1 mol/L,陈化时间为60 h左右,提拉速度为80 mm/m in,烧结温度为500℃,烧结时间为30 m in时,制备出了高质量的SnO2纳米薄膜,成膜粒子均匀,粒径小,约为2 nm,而且薄膜对2~10 mg/L的乙醇和丙酮都有较好的敏感性和响应-恢复特性.     

纳米CuO-SnO2 气敏粉体的制备及气敏特性研究

用So l-Ge l 法制备了纳米级的CuO -SnO₂ 气敏粉体, 所得粉体制作的气敏元件有较好的气敏性能。在不同的加热电压下进行实验研究, 对不用浓度配比制成的气敏元件进行气敏性能测试。通过对所得粉体的表征可知, 用So l-Gel 法制备出的CuO-SnO₂ 气敏粉体是纳米级的, 比表面积大, 活性好, 其最佳热处理温度为650 ℃, 测试结果得出CuO 摩尔分数为4 %的CuO-SnO₂ 气敏元件有较好的灵敏度和较高的选择性, 并且对CO₂ 的灵敏度和选择性比较突出。     

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.     

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.     

ZnO纳米阵列结构酒精气敏特性研究

为了提高ZnO气敏元件对酒精蒸汽的气敏响应,改善气敏元件的稳定性及耐久性,文中采用化学水热法在预处理后的陶瓷管电极表面生长ZnO纳米阵列材料,通过退火处理后得到薄膜ZnO气敏元件.借助X射线衍射仪和扫描电子显微镜对所得产物的晶体结构和形貌进行表征.采用静态配气法对其进行不同浓度(1×10-4,2×10-4,5×10-4,1×10-3)的酒精蒸汽气敏性能测试.实验结果表明:该结构为分散均匀的ZnO纳米线阵列状结构,该纳米结构薄膜气敏元件具有较好的气敏性能,具有较快的响应及恢复.随环境中酒精蒸汽浓度的增加,其气敏性能逐步提升,在5×10-4酒精蒸汽气敏浓度下气敏性能达到峰值.不同浓度条件下,气敏响应及恢复时间不同,在1×10-4条件下度响应时间最快,1×10-3浓度下恢复时间最快,2×10-4浓度下响应恢复时间最均衡.     

新型金属氧化物薄膜气敏元件基材料的开发

根据电导气敏机理的氧负离子理论,提出制备n型金属氧化物气敏基材料的理论,指出禁带宽度Eg＞2eV的金属氧化物材料都有可能研制薄膜气敏元件,并通过Fe2O3／1％Sb2O3和TiO2薄膜元件的制备和表征,论证了该理论的正确性.     

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.