导读:本文包含了气敏传感特性论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:金红石,锐钛矿,密度泛函理论,表面吸附
气敏传感特性论文文献综述
刘鹏[1]（2019）在《TiO_2表面及表面杂质对CO气体光学气敏传感特性的影响》一文中研究指出CO是工业、生活废气中的一种有毒气体,它无色无味,并且当空气中含量达到一定浓度时,极易使人出现中毒,这严重威胁着人们的生命安全。当前各种各样的气体检测技术面世,而在这方面还有很大的发展空间,这样的检测方式已成为一种重要的气体检测技术,受到广大研究者的青睐。材料表面吸附气体分子而改变了其光学特性,因此可以通过光学性质的变化体现材料对环境气体分析的传感特性,这称为光学气敏传感特性,同时光学气敏传感较电阻型气敏传感具有高灵敏度、响应时间短和恢复时间短等特点。当前对于光学气敏传感材料主要以半导体材料TiO_2、SnO_2、ZnO等金属氧化物,其中ZnO是应用最早的一种半导体气敏材料。由于TiO_2具有廉价、无毒、耐高温等特点受到了人们的青睐,其主要运用于空气的净化和污水的处理和气敏传感器件中。但是由于TiO_2的带隙较宽只能吸收波长小于400nm的紫外光区域,研究者们通过对材料掺杂改变其光学性质,扩大光响应范围。如非金属N的掺杂,N2p轨道电子与O2p轨道电子杂化使带隙变窄而扩大对可见光的吸收;除此之外金属离子(如Fe~(3+))的掺杂可在材料表面引入缺陷位置,在光照下杂质电子跃迁的能量小于TiO_2的禁带宽度且杂质电子浓度较大使材料光谱红移。为进一步对TiO_2材料表面性质和光学气敏性质的研究,本文在密度泛函理论的平面波超软赝势方法下分别对金红石TiO_2(110)面和锐钛矿TiO_2(101)面进行理论计算。其主要计算内容为:(1)研究金红石TiO_2(110)面的电子结构,在MS软件中建立金红石的(2×1)超晶胞模型,通过结构优化后分别计算了表面能以及表面光学性质。(2)计算金红石TiO_2(110)的光学性质,建立(3×3×2)的超晶胞模型并切出(110)面,在表面引入不同浓度的氧空位后进行CO分子C端吸附,计算了本征表面吸附能、分态密度、电荷布居和光学性质,结果显示表面氧空位的缺陷使得材料表面的光学性质发生改变,对CO气体体现出一定的吸附作用;(3)对比金红石TiO_2(110)面的特性,本文还计算了CO分子C端吸附在锐钛矿TiO_2(101)面的表面结合能、表面吸附能、电荷布局、差分电荷密度、电子分态密度以及光学性质,计算结果显示锐钛矿TiO_2(101)面对气体CO吸附体现出的光学特性较金红石TiO_2(110)面更好;(4)为进一步对锐钛矿TiO_2(101)面的吸附特性进行优化,采用了掺杂过渡金属掺杂的方法改变表面的吸附特性,考虑到Cu、Sc、Cr、V原子半径与Ti原子半径相近且Cu、Cr原子4S~1电子不稳定这些因素,故此选其为杂质原子。结果显示:锐钛矿TiO_2(101)面比金红石TiO_2(110)面更为稳定;金属Cu、Sc、Cr、V掺杂于氧空位的TiO_2(101)表面和不掺杂氧空位表面后,通过表面能的计算比较,杂质的掺入减小了表面的禁带宽度从而提高材料对CO的吸附且Cu和Cr掺杂最为稳定;从电荷的转移情况分析得到杂质对基底氧空位氧化性的贡献有:Cu>Cr;通过态密度和光学性质分析,CO分子吸附在Cu和Cr掺杂于含氧空位TiO_2(101)基底表面相对于无掺杂含氧空位TiO_2(101)基底表面提高了材料在可见光范围内的响应,Cu和Cr掺杂对材料吸附CO气体光学气敏传感性能提升明显,是一种很好改善材料光学气敏传感特性的方法。(本文来源于《重庆师范大学》期刊2019-03-01）
周清斌[2]（2019）在《掺杂对TiO_2吸附还原性和氧化性气体小分子光学气敏传感特性的影响》一文中研究指出随着工业的发展,由于废气的乱排乱放,当今世界的环境污染日益严重。怎样快速而有效的监控、治理环境中受污染气体,是当今世界研究的热点问题。TiO_2是一种稳定的金属氧化物,同时,也是一种拥有许多优点和缺点的半导体,它的优点是:价格低廉、无毒无污染,并且,TiO_2耐高温并且不易受化学反应的影响。光学气敏传感效应是通过在吸附气体后改变材料的光学性质来反映环境气体成分。TiO_2是一种灵敏度高,响应时间短的光学气敏传感材料。通过掺杂非金属元素或者金属元素来改变锐钛矿TiO_2表面的氧化还原性能,从而研究对气体分子的吸附特性来提高光学传感特性已成为近年来的研究热点,它可用于检测和监测环境污染。本文的研究思路如下:氧空位吸附气体的本质就是电子的得失,吸附还原性气体,就要增强氧空位的氧化性,相反吸附氧化性气体就要增强氧空位的还原性,而要想增强或者减弱氧空位氧化还原性的措施就是通过掺入杂质原子;因此,本文通过在不同的非金属掺杂锐钛矿TiO_2表面吸附还原性气体来分析表面的氧化性能,以及通过强氧化性气体在不同金属掺杂锐钛矿TiO_2表面的吸附结构优化后,分析其表面的还原性能,从而研究材料表面的光学气敏特性。具体研究内容和过程如下:1.采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后吸附NH_3分子的微观机理。分析发现:C掺杂提升了材料对低能可见光的响应;而C-N双掺杂体系,使材料对400nm~570nm范围内的可见光吸收系数大大提高。所以,单掺杂C元素以及双掺杂C-N元素都能明显的提高材料的光学气敏传感特性。2.计算研究了Cu、Cr元素掺杂锐钛矿型TiO_2表面以及清洁表面含氧空位吸附SO_2分子的结合能、吸附能、吸附距离、电荷布居、态密度、电荷转移、光学性质等。研究发现:掺杂表面能稳定的吸附SO_2分子,吸附后材料的光学性质发生显着变化,叁种表面吸附SO_2分子后,表面都失去电子,得出表面的还原性的强弱为:Cr>Cu>无掺杂;通过对比吸收光谱和反射光谱发现Cr掺杂基底在可见光范围内的净吸收最大。因此,对于吸附氧化性气体,Cr掺杂的TiO_2是一种更好的光学气敏传感材料。3.计算了Cu、Cr元素掺杂锐钛矿TiO_2表面以及清洁表面含氧空位吸附O_3后的物理量,分析发现:氧化物表面氧化性强弱关系为:Cr掺杂表面>Cr掺杂表面>无掺杂表面;分析光学性质发现:Cr掺杂体系对光的利用率最高;Cr元素掺入基底,使光学气敏材料TiO_2表面的光学气敏传感特性有显着提高。通过以上研究,发现TiO_2表面杂质具有如下特性:对于非金属掺杂,由于C-N掺杂的协同作用,使基底得到电子的能力增强,因此提高了表面的氧化性,改善了表面对还原性气体的光催化性能;对于过渡金属掺杂,由于Cu和Cr元素最外层都是4S电子,而4S层电子很容易失去电子,故降低了表面的氧化性,因此对于吸附氧化性气体而言,Cu-Cr共掺杂TiO_2可有效提高TiO_2的光学气敏性能。(本文来源于《重庆师范大学》期刊2019-03-01）
周康,冯庆,田芸,李科,周清斌[3]（2018）在《过渡金属Cu、Cr掺杂TiO_2表面氧化性气体NO_2光学气敏传感特性》一文中研究指出采用密度泛函理论(DFT)体系广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析锐钛矿型TiO_2(101)表面吸附NO_2分子光学气敏传感的微观机理.结果表明:Cu和Cr原子易于掺入TiO_2(101)表面,掺杂表面能稳定地吸附NO_2分子且吸附后光学性质发生显着变化.表面吸附NO_2分子后,Cu掺杂TiO_2(101)表面对分子的吸附能最大,吸附后结构更稳定,分子与表面的距离最短.通过分析差分电荷密度和电荷布居数发现,NO_2分子与基底表面间发生电荷转移,转移电子数目:Cu掺杂表面>Cr掺杂表面>无掺杂表面.对比吸收光谱和反射光谱发现,在Cu掺杂表面吸附分子后,光学性质变化最明显,说明表面与吸附分子间氧化还原能力是决定光学气敏传感性能的核心因素.在过渡金属中,Cu与Cr都有4s价电子结构,其4s电子降低了材料表面氧空位的氧化性,增加了其还原性.对于氧化性气体,可以提升表面与分子的氧化还原作用,而Cu的4s电子更加活泼,从而光学气敏传感特性更加明显.因此,Cu掺杂的TiO_2对氧化性气体是一种较好的光学气敏传感材料.(本文来源于《计算物理》期刊2018年06期）
周清斌,冯庆,周康,田芸,刘鹏[4]（2019）在《非金属元素掺杂锐钛矿TiO_2(101)表面对提升NH_3光学气敏传感特性的影响》一文中研究指出本文采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后表面的氧化还原能力,分析对NH_3分子吸附的微观机理,研究杂质掺入对光学传感特性的影响.结果表明:非金属元素是比较容易掺入到锐钛矿TiO_2(101)表面,掺杂表面对NH_3分子吸附较未掺杂的表面要好,表面吸附NH_3分子后,吸附距离都出现缩短,C-N元素掺杂后吸附距离最小且吸附能最大;通过Mulliken电荷布居分布分析,C掺杂提升了表面的氧化性,N元素对表面的氧化性提升不明显,而F掺杂降低了表面的氧化性;通过态密度分析可知,C掺杂在禁带中产生了受主能级,而N掺杂提高了价带顶的电子态密度,F掺杂在导带底产生了施主能级;通过光学性质的分析可知:C掺杂提升了材料对低能可见光的响应,使材料对570 nm～760 nm范围内的可见光吸收提高了大约3.5倍;而C-N双掺杂体系,使材料对400 nm～570 nm范围内的可见光吸收提高了大约3倍.总的来说,单掺杂C元素以及双掺杂C-N元素都能明显的提高材料的光学气敏传感特性.(本文来源于《原子与分子物理学报》期刊2019年01期）
焦克莹[5]（2018）在《Si基双环谐振腔力敏传感特性研究》一文中研究指出为研究双环谐振腔结构力敏传感特性,设计了不同半径比的基于绝缘衬底上硅的双环微腔结构,通过理论分析以及实验测试并结合有限元仿真,得出半径比为3∶1的双环结构的灵敏度为80.26 pm/MPa,而半径比为1∶1的双环结构的灵敏度高达128.87 pm/MPa,具有高的检测灵敏度,表明双环微腔敏感结构单元可应用于应力检测领域。(本文来源于《电子器件》期刊2018年04期）
刘敏[6]（2018）在《力敏传感智能轮胎的力学特性和应力场溯源方法》一文中研究指出智能轮胎能够反映汽车轮胎的胎压变化以及轮胎的应力分布,在汽车安全驾驶、自动驾驶等领域具有广阔的应用前景。力敏导电复合材料是一种功能材料,它可以用于轮胎的应力测量。普通轮胎添加力敏导电硅橡胶便可以实现轮胎的智能化;本文以力敏材料为基础,通过对应力场反演方法展开研究,实现了轮胎应力测量的可视化。首先,根据现有轮胎的特征设计了新型力敏传感智能轮胎,分析了力敏智能轮胎的结构特点;设计了智能轮胎的系统组成以及安装布置;建立了导电硅橡胶功能材料的数学模型,研究了导电硅橡胶材料的导电机理,并且制备了力敏导电硅橡胶,对其力学特性进行了测试。其次,建立了力敏智能轮胎有限元模型,研究了力敏智能轮胎在充气状态、静态受载、结构破损叁种状态下应力及变形情况,分析了力敏智能轮胎功能层在不同工况下应力及变形情况;基于电阻层析成像方法研究了其在轮胎应力测量中的应用;建立了力敏智能轮胎叁维应力场的反演方法;最后,构建了力敏智能轮胎电压测量方法,并对导电硅橡胶材料的力敏性能进行了实验验证,分析了不同状态、不同载荷下导电硅橡胶材料的应力反演情况;制备了力敏智能轮胎功能层,比较了力敏功能层对在不同区域受到不同载荷时应力反演情况;通过对轮胎力敏功能层应力反演实验的研究,表明导电硅橡胶功能材料能够用于轮胎的应力测量,实现轮胎应力测量可视化。(本文来源于《西安科技大学》期刊2018-06-01）
周康[7]（2018）在《过渡金属掺杂TiO_2性质对小分子气体光学气敏传感特性的影响》一文中研究指出如今环境污染日益严重,这一问题引起了全球的密切关注。如何有效而灵敏的监控环境气体污染是当前研究的热点问题。TiO_2是一种稳定的金属氧化物半导体,价格低廉、无毒无污染。同时,TiO_2能够耐高温,且不易发生化学反应,在环境监测、工业、医学、食品等方面也应用颇多。光学气敏传感效应是通过材料吸附气体后的光学性质变化来反映环境气体的浓度达到监控环境的目的。TiO_2灵敏度高,响应时间短,是一种光学气敏传感材料。目前来说,改善TiO_2金属氧化物表面氧空位结构以及对TiO_2金属氧化物进行有效掺杂是一种提高材料光学气敏传感特性的有效途径,从而可以将其运用在治理环境污染的探测和监控中。本文的研究思路如下:首先通过还原性气体在不同金属氧化物表面的吸附作用分析氧化物表面的氧化性能,发现SnO_2和TiO_2表面氧空位都体现出一定的氧化性,但是TiO_2通过杂质掺入能明显降低表面的氧化性,提升表面还原性,从而显着提高对氧化性气体的传感效应,因此通过杂质掺杂是改善TiO_2对氧化性气体传感特性的有效方法,而Cu、Cr、Fe和Co掺杂TiO_2相比不掺杂时效果更好。具体研究内容和过程如下:1.模拟计算了光学气敏材料锐钛矿型二氧化钛,金红石型氧化锡,岩盐型氧化镁表面吸附CO的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等。计算结果表明:氧空位氧化能力的大小是光学性质改变的核心原因,表面吸附CO分子后,TiO_2,SnO_2和MgO氧空位表面较不含氧空位的表面分子吸附能均变大,分子与表面的吸附距离均缩短;通过差分电荷密度和电荷布居数发现,CO分子与表面间发生电荷转移,转移数目为:SnO_2>TiO_2>MgO,由此得出表面的氧化性排序为,SnO_2>TiO_2>MgO;通过对比叁种氧化物的吸收和反射谱发现,含氧空位的表面对可见光的利用率较不含氧空位的表面都有明显的提高。因此,金属氧化物表面氧空位能有效改善材料的光学气敏传感特性。2.计算研究了锐钛矿型TiO_2表面吸附NO_2分子的情况,分析了Cr掺杂、Cu掺杂含氧空位TiO_2表面吸附NO_2分子的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等。研究发现:掺杂表面能稳定的吸附NO_2分子且吸附后材料光学性质发生显着变化,极大提高了材料的光学气敏传感特性。表面吸附NO_2分子后,Cu掺杂TiO_2(101)表面对分子的吸附能最大,吸附后结构更稳定,分子与表面的距离最短。通过分析差分电荷密度和Mulliken电荷布居数发现,NO_2分子与基底表面间发生电荷转移,转移电子数目为,Cu掺杂表面>Cr掺杂表面>无掺杂表面;掺杂体系表面氧化性大小为,Cu掺杂表面<Cr掺杂表面<无掺杂表面;通过对比吸收光谱和反射光谱发现,在Cu掺杂表面吸附分子后,材料的光学性质变化最明显。在过渡金属中,Cu与Cr都有4s的价电子结构,其4s电子降低了材料表面氧空位的氧化性,增加了其还原性。对于氧化性气体而言,就可以极大的提升表面与分子的氧化还原作用,而Cu的4s电子更加活泼,从而光学气敏传感特性更加明显。因此,Cu掺杂的TiO_2对氧化性气体而言是一种较好的光学气敏传感材料。3.通过模拟计算Fe,Co掺杂含氧空位TiO_2表面吸附气体分子的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等。最终得出结论:无论是Fe掺杂,还是Co掺杂含有氧空位的TiO_2(101)表面,优化后NO_2分子距离表面的吸附距离都缩短,同时材料的结合能均为正值,都能够稳定的与材料结合;对比吸附能发现,Fe掺杂表面的吸附能>Co掺杂表面的吸附能>无掺杂表面的吸附能;整理Mulliken电荷布居数和分子得失电子数据,分子与材料表面电荷转移数目为:Fe掺杂表面>Co掺杂表面>无掺杂表面;分析差分电荷密度发现,材料表面氧化性强弱为:Fe掺杂表面<Co掺杂表面<无掺杂表面;对比分析态密度、吸收谱和反射谱图像,推断出Fe、Co的掺杂使得光学气敏材料TiO_2的传感特性将向着有益的方向提高,且Fe的掺杂提高效果最好。本文通过TiO_2材料表面的杂质掺杂,改变了表面氧空位的性质,特别是Cu和Fe等过渡金属的掺杂,明显提高了材料的气敏传感性能,是一种提高材料气敏传感性能的有效方法,为实验研究提供了一定的理论依据。(本文来源于《重庆师范大学》期刊2018-03-01）
田芸[8]（2018）在《TiO_2表面氧空位氧化性修饰及对气敏传感特性的影响》一文中研究指出近年来,我国大气环境面临非常严峻的形势,主要呈现以城市大气中悬浮颗粒物浓度超标;二氧化硫气体污染任然保持在较高水平;城市中机动车尾气污染物排放总量急剧上升;氮氧化物污染呈加重趋势。因此检测各种大气中各种气体成分以及它们的浓度尤为重要。那么通过光学气敏材料检测环境气体成分成为了诸多学者的研究热点。本文的研究思路如下:首先对比TiO_2(110)表面、SnO_2(110)表面和GeO_2(110)表面的表面氧化性,通过HF、HCl、HBr被叁种金属氧化物吸附特性发现TiO_2对检测卤化氢气体效果最好,对叁种氧化物而言,表面氧化性最强,对卤化氢气体是较为理想的光学气敏传感材料。同时也发现,TiO_2对还原性气体附H_2S分子也有很好的光学气敏传感性能。本文进一步研究了如何通过掺杂来更好的改善TiO_2的传感特性,通过TiO_2(101)表面掺杂非金属C、N、F后发现对NH_3分子的气敏传感效应提升明显,并分析出杂质元素对基底氧空位氧化性的贡献。而F元素掺杂于含TiO_2(101)基底表面使其在可见光范围内的利用率于无掺杂相比提高了5倍,是一种可行的掺杂方式。具体研究内容和过程如下:1.计算了金红石相TiO_2(110)表面、SnO_2(110)表面、GeO_2(110)表面分别吸附卤化氢气体后的氧化性能、电荷布居分布、差分电荷密度、态密度和光学性质对比分析。计算结果表明:HF、HCl、HBr被叁种金属氧化物表面吸附后,卤素原子损失的电子数各不相同,但它与吸附能和吸附距离的大小关系相一致,说明卤素原子的电荷得失是吸附能和吸附距离的大小的核心因素;金属氧化物表面氧化性的强弱与分子整体得失电子密切相关,而卤素原子的电荷转移则是影响吸附能、吸附距离及光学传感特性的核心因素。所以TiO_2可作为检测卤化氢气体较为理想的光学气敏传感材料。2.计算了锐钛矿TiO_2(101)表面吸附H_2S分子的稳定结构、态密度、光学性质、电荷分布情况。分析发现:H_2S分子在完整锐钛矿(101)表面不易吸附,而在含有氧空位锐钛矿(101)表面容易发生吸附;H_2S分子在锐钛矿(101)表面水平放置吸附的吸附能比H端吸附和S端吸附的吸附能都大,且有氧空位的吸附能水平放置最大;在可见光范围内,H_2S分子在有氧空位锐钛矿(101)表面吸附大大的提高对可见光的利用率,随着波长的增加,对可见光的利用效果就越好。所以,表面氧空位会提升TiO_2表面的光学传感效应。3.计算锐钛矿TiO_2(101)表面掺杂非金属C、N、F后的表面结构的氧化性能和NH_3分子吸附后表面结构的稳定性、态密度、电荷分布、差分电荷密度、光学性质的吸附情况。结果发现:非金属C、N、F较易掺入含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面,且NH_3分子吸附在C和N掺杂表面,由于C、N比O电子数少,提高了氧空位的氧化性能,但可提供被可见光激发的电子就更少,所以降低了材料在可见光范围内的利用率;而吸附在F元素掺杂表面,由于F的电子数比O更多,降低了氧空位的氧化性,但是却提供了更多可被可见光激发的电子,使其可见光范围内的利用率相对于C和N掺杂表面更好。所以,表面掺杂非金属元素明显提升了TiO_2的气敏传感效应。这也为进一步研究该材料的气体传感特性提供了理论基础。(本文来源于《重庆师范大学》期刊2018-03-01）
田芸,冯庆,周康,刘鹏[9]（2017）在《金红石相氧化物TiO_2,SnO_2和GeO_2表面氧化性对HCl气体光学气敏传感特性的影响》一文中研究指出利用光学气敏材料吸附气体来检测气体成分及浓度,成为了大家的一个研究热点.采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了含氧空位金红石相TiO_2(110)表面,SnO_2(110)表面和GeO_2(110)表面吸附HCl气体后,表面结构的氧化性能、态密度、电荷分布、差分电荷密度以及光学性质,讨论吸附对光学气敏传感特性的影响.研究发现:HCl气体均易吸附于含氧空位金红石相TiO_2,SnO_2和GeO_2表面;且吸附后的稳定性为:TiO_2>SnO_2>GeO_2;氧化性是影响吸附能力和光学气敏传感性能的重要因素,HCl分子吸附于表面后其氧化性强弱为:TiO_2氧空位>SnO_2氧空位>GeO_2氧空位;从态密度和光学性质分析发现,含氧空位金红石相TiO_2(110)吸附HCl分子后,光学性质的改变最为明显,特别是对于500~700 nm的光,TiO_2具有很好的光学气敏传感效应,可作为一种较为理想的光学气敏传感材料.(本文来源于《科学通报》期刊2017年16期）
张伟,唐军,刘建华,薛晨阳,刘丽双[10]（2016）在《硅基双环谐振腔力敏传感特性实验研究》一文中研究指出为研究双环谐振腔结构力敏传感特性,设计了不同半径比的基于绝缘衬底上硅的双环微腔结构。通过理论分析以及实验测试并结合有限元仿真得出:半径比为3∶1的双环结构的灵敏度为80.26 pm/MPa;而半径比为1∶1的双环结构的灵敏度高达128.87 pm/MPa,具有高的检测灵敏度,表明双环微腔敏感结构单元可应用于应力检测领域。(本文来源于《实验室研究与探索》期刊2016年01期）
气敏传感特性论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
随着工业的发展,由于废气的乱排乱放,当今世界的环境污染日益严重。怎样快速而有效的监控、治理环境中受污染气体,是当今世界研究的热点问题。TiO_2是一种稳定的金属氧化物,同时,也是一种拥有许多优点和缺点的半导体,它的优点是:价格低廉、无毒无污染,并且,TiO_2耐高温并且不易受化学反应的影响。光学气敏传感效应是通过在吸附气体后改变材料的光学性质来反映环境气体成分。TiO_2是一种灵敏度高,响应时间短的光学气敏传感材料。通过掺杂非金属元素或者金属元素来改变锐钛矿TiO_2表面的氧化还原性能,从而研究对气体分子的吸附特性来提高光学传感特性已成为近年来的研究热点,它可用于检测和监测环境污染。本文的研究思路如下:氧空位吸附气体的本质就是电子的得失,吸附还原性气体,就要增强氧空位的氧化性,相反吸附氧化性气体就要增强氧空位的还原性,而要想增强或者减弱氧空位氧化还原性的措施就是通过掺入杂质原子;因此,本文通过在不同的非金属掺杂锐钛矿TiO_2表面吸附还原性气体来分析表面的氧化性能,以及通过强氧化性气体在不同金属掺杂锐钛矿TiO_2表面的吸附结构优化后,分析其表面的还原性能,从而研究材料表面的光学气敏特性。具体研究内容和过程如下:1.采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后吸附NH_3分子的微观机理。分析发现:C掺杂提升了材料对低能可见光的响应;而C-N双掺杂体系,使材料对400nm~570nm范围内的可见光吸收系数大大提高。所以,单掺杂C元素以及双掺杂C-N元素都能明显的提高材料的光学气敏传感特性。2.计算研究了Cu、Cr元素掺杂锐钛矿型TiO_2表面以及清洁表面含氧空位吸附SO_2分子的结合能、吸附能、吸附距离、电荷布居、态密度、电荷转移、光学性质等。研究发现:掺杂表面能稳定的吸附SO_2分子,吸附后材料的光学性质发生显着变化,叁种表面吸附SO_2分子后,表面都失去电子,得出表面的还原性的强弱为:Cr>Cu>无掺杂;通过对比吸收光谱和反射光谱发现Cr掺杂基底在可见光范围内的净吸收最大。因此,对于吸附氧化性气体,Cr掺杂的TiO_2是一种更好的光学气敏传感材料。3.计算了Cu、Cr元素掺杂锐钛矿TiO_2表面以及清洁表面含氧空位吸附O_3后的物理量,分析发现:氧化物表面氧化性强弱关系为:Cr掺杂表面>Cr掺杂表面>无掺杂表面;分析光学性质发现:Cr掺杂体系对光的利用率最高;Cr元素掺入基底,使光学气敏材料TiO_2表面的光学气敏传感特性有显着提高。通过以上研究,发现TiO_2表面杂质具有如下特性:对于非金属掺杂,由于C-N掺杂的协同作用,使基底得到电子的能力增强,因此提高了表面的氧化性,改善了表面对还原性气体的光催化性能;对于过渡金属掺杂,由于Cu和Cr元素最外层都是4S电子,而4S层电子很容易失去电子,故降低了表面的氧化性,因此对于吸附氧化性气体而言,Cu-Cr共掺杂TiO_2可有效提高TiO_2的光学气敏性能。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
气敏传感特性论文参考文献
[1].刘鹏.TiO_2表面及表面杂质对CO气体光学气敏传感特性的影响[D].重庆师范大学.2019
[2].周清斌.掺杂对TiO_2吸附还原性和氧化性气体小分子光学气敏传感特性的影响[D].重庆师范大学.2019
[3].周康,冯庆,田芸,李科,周清斌.过渡金属Cu、Cr掺杂TiO_2表面氧化性气体NO_2光学气敏传感特性[J].计算物理.2018
[4].周清斌,冯庆,周康,田芸,刘鹏.非金属元素掺杂锐钛矿TiO_2(101)表面对提升NH_3光学气敏传感特性的影响[J].原子与分子物理学报.2019
[5].焦克莹.Si基双环谐振腔力敏传感特性研究[J].电子器件.2018
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