导读:本文包含了气敏机理论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:气体,原理,有机化合物,等离子体,甲烷,氧化锌,施主。
气敏机理论文文献综述
林龙,王朋涛,余伟阳,黄敬涛,祝令豪[1]（2019）在《Cu掺杂SnO_2(110)面对CO气敏机理的第一性原理研究》一文中研究指出基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了有毒气体CO在本征和Cu掺杂SnO_2(110)面不同原子位的吸附,通过对吸附能的比较得出了最佳吸附位置及吸附结构。计算结果表明,本征SnO_2(110)面对CO的吸附很弱。而对于Cu掺杂SnO_2的(110)面,掺杂浓度选2.7%和5.4%两组,分别用Sn_(15)CuO_(24)和Sn_(14)Cu_2O_(24)表示。通过比较本征和不同Cu掺杂浓度下SnO_2(110)面上CO的吸附能和电荷布居,发现Cu掺杂可显着提高CO的吸附性能,其中Cu掺杂浓度为5.4%的Sn_(14)Cu_2O_(24)表面的吸附活性位点增加,吸附效果最好。(本文来源于《功能材料》期刊2019年07期）
宋晓攀[2]（2019）在《异质结增强氧化物半导体气敏性能及机理研究》一文中研究指出气体传感器最核心的部分是气体敏感材料。氧化锌(ZnO)、氧化铁(α-Fe_2O_3)作为两种典型的金属氧化物半导体材料,也是最常用的气敏材料,具有结构形态丰富、化学稳定性高、检测气体种类多等特点,已引起广泛研究兴趣。但是,基于这种纯相半导体材料的商业化气敏传感器还普遍存在一些问题:第一,材料多数为粉末,通过手工涂覆材料制成的器件通常会破坏材料的本征特性;第二,该类气敏材料灵敏度较低、工作温度较高、响应-恢复时间较长、选择性较差;第叁,气敏机理研究不够深入,停留在唯象理论阶段,缺乏直接证据和系统理论支撑。针对上述问题,本论文的基本思路是通过设计并构筑大比表面积的纳米线异质结构,进一步改善纯相氧化物半导体材料的气敏性能;利用半导体能带理论和密度泛函理论(DFT)模拟等理论分析手段,尝试系统解释异质结增强型氧化物半导体气敏机理。论文主要以ZnO、α-Fe_2O_3纳米棒(包括多孔型)为材料研究模型,通过籽晶层诱导水热法在平板电极上直接生长纯相氧化物半导体气敏材料;通过溅射、旋涂、脉冲激光沉积(PLD)等方法在其表面构筑金属/半导体(M/S)结或半导体N/N同型异质结构;对比研究Schottky接触、贵金属催化、NN异质结耗尽层、表面吸附氧等不同物理化学机制在提高氧化物半导体气敏性能方面的作用机理。论文主要研究结果如下:1.通过引入Au/ZnO(M/S)结,研究揭示了肖特基(Schottky)接触和贵金属催化作用在该类金属修饰氧化物半导体气敏传感器中的重要作用。首先利用ZnO籽晶层诱导水热法在Al_2O_3平板电极上直接生长ZnO纳米棒阵列,然后利用溅射法将Au纳米颗粒随机负载在ZnO纳米棒表面,构筑Au/ZnO异质结构气敏元件。气敏性能测试结果证明,在近室温(40℃)下,复合结构对叁乙胺气体具有较好的选择性,最佳Au/ZnO器件对50 ppm叁乙胺气体的灵敏度可达到22,约为ZnO纳米棒器件的8~9倍。运用半导体能带理论,详细解释Au与ZnO形成Schottky接触后,电子在Au与ZnO界面处的转移过程,加深了对贵金属催化作用和金属“溢流”唯像模型在该类贵金属增强半导体气敏性能机理方面的认识。2.通过引入Au/α-Fe_2O_3(M/S)结,将M/S结增强气敏性能机理拓展到大比表面积多孔氧化物半导体气敏材料,进一步提升了所制备气敏元件的性能。首先通过α-Fe_2O_3籽晶层诱导水热法在Al_2O_3平板电极上制备了多孔α-Fe_2O_3纳米棒,进而采用旋涂法制备了Au/α-Fe_2O_3多孔纳米棒异质结构,并证实了Au与α-Fe_2O_3之间肖特基接触的存在。气敏测试结果再次证明M/S结有助于改善气敏性能,最佳Au/α-Fe_2O_3器件在40℃时具有较短的恢复时间(8 s)和低的检测极限(1 ppm),较氧化锌纳米棒性能更优。此外,本章还侧重探讨了湿度对气敏性能的影响和机理。3.对比研究了半导体NN同型异质结耗尽层模型与表面吸附氧模型对半导体气敏传感器性能的影响。运用水热法和PLD法设计了α-Fe_2O_3/ZnO纳米棒来改善ZnO纳米棒的气敏性能。气敏测试结果发现,α-Fe_2O_3/ZnO复合异质结构的最佳工作温度为300~oC,对50 ppm的叁乙胺气体的灵敏度显着高于ZnO材料,最佳α-Fe_2O_3/ZnO器件的灵敏度可达到63。进一步运用能带理论解释了关于此类NN异质结复杂结构改善气敏性能的机理,并结合XPS实验证据,提出表面吸附氧含量机理对改善气敏性能重要作用的想法,运用密度泛函理论系统解释并验证了该想法的可靠性。(本文来源于《济南大学》期刊2019-06-01）
陈晓晓,姚阳光,谭礼明,顾青山,袁建辉[3]（2019）在《液相等离子喷涂制备Au-WO_3复合涂层及其气敏机理》一文中研究指出目的提高WO_3基涂层的气敏性能。方法以WCl_6为前驱体原料,加入一定量的纳米Au颗粒制成稳定的喷涂浆料,采用液相等离子体喷涂技术制备出Au掺杂的WO_3基复合涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)及其附带的能谱仪、X射线衍射仪(XRD)等对Au-WO_3复合涂层的微观结构进行表征。通过自主搭建的气敏性能测试系统对所制备Au-WO_3复合涂层的气敏性能进行测试,并探讨了涂层的气敏机理。结果前驱体液滴在等离子体热源作用下发生溶剂蒸发、WO_3形核、结晶和长大等一系列反应,随后形成的WO_3固体粒子发生熔化或半熔化,并加速撞击到基体表面形成涂层。在同等条件下,喷涂距离对WO_3气敏涂层的结晶度和形貌有很大影响,适宜的喷涂距离(170 mm)下获得的涂层结晶完整且晶粒细小(20～50 nm),有利于涂层气敏性能的发挥。Au-WO_3复合涂层的气敏性能均显着优于纯WO_3涂层。结论复合涂层气敏性能的改善归因于涂层中Au和WO_3界面处所形成的肖特基结使复合涂层的导电性降低,接触势垒高度增加,初始电阻值变大。(本文来源于《表面技术》期刊2019年04期）
洪长翔[4]（2018）在《氧化锌基甲烷气体传感器检测特性及气敏机理第一性原理研究》一文中研究指出油中溶解气体分析是判断油浸式变压器早期潜伏性故障最方便、最有效的方法之一,气体传感检测技术是油中溶解气体分析的核心,直接影响诊断的准确性和可靠性。现阶段绝大多数油中溶解气体在线监测装置所用气体传感器在进行油中溶解故障气体在线监测时,存在灵敏度受环境温度、浓度影响大,多种气体之间选择性弱、器件稳定性差等方面的难题,无法有效监测评估变压器的绝缘运行状态。因此,研究气体传感检测技术并研制新型气体传感器对变压器油中溶解气体在线监测具有十分重要的意义。论文依托重庆市自然科学基金项目,针对油浸式电力变压器油中故障甲烷(CH_4)特征气体检测,开展氧化锌(ZnO)基甲烷气体传感器检测特性及气敏机理第一性原理研究。基于水热法,首先制备不同形貌以及金属铂掺杂的氧化锌基气敏材料,并进行形貌、晶体结构、颗粒尺寸、元素成分等表征分析,制成旁热式气体传感器并对甲烷气体进行气敏性能实验。同时基于密度泛函理论第一性原理,建立相应的氧化锌基气敏模型,研究模型表面原子构型及电子性能,构建甲烷气体吸附模型并进行电子性能仿真分析。论文取得主要成果如下:(1)采用水热法制备了片状、球状ZnO基气敏材料,并对其进行了X射线衍射、扫描电镜及X射线能谱分析,并制成旁热式气体传感器基于实验室气敏测试平台测试其对CH_4气体气敏性能。研究发现:与球状ZnO相比,片状ZnO基气敏材料具有更大的比表面积(25.2m~2/g)和平均孔径(8nm),由片状ZnO制成的传感器在不同浓度下对CH_4气体均有更高的响应值,且对低浓度(2~20 ppm)CH_4呈现良好的线性关系,在最佳工作温度下(270℃)对50ppm CH_4气体灵敏度高达42.3。对比球状ZnO气体传感器,最佳工作温度下降了60℃,同时具有更快的响应恢复速度和较好的重复性。(2)采用水热法制备出金属Pt掺杂的片状ZnO基气敏材料,并对其进行了X射线衍射、扫描电镜、X射线能谱分析及X射线光电子能谱分析,基于实验室气敏测试平台,测试研究了其对CH_4气体的检测特性。测试结果表明:与掺杂前片状ZnO相比,6mol%Pt掺杂的ZnO气体传感器在不同浓度下对CH_4气体均有更高的响应值,检测50ppm CH_4气体时最佳工作温度降至240℃,检测灵敏度增大到64.2,响应-恢复时间为8-12s,同时对低浓度CH_4气体表现出较好的线性度。(3)基于密度泛函理论第一性原理对ZnO模型(100)、(111)、(001)、(101)、(110)面进行结构仿真计算分析,通过掺杂金属Pt原子,模拟ZnO基气体传感器吸附CH_4气体反应过程,基于掺杂前后ZnO(001)面CH_4气体吸附模型仿真研究了ZnO基气体传感器掺杂特性及吸附特性。研究发现:ZnO气敏材料模型的(001)面为最稳定低指数面,ZnO(001)模型中Pt原子替换Zn_(3d)位原子进行掺杂,掺杂方式较稳定,O_(2s)位原子表面更利于CH_4气体分子进行吸附。相比于纯的ZnO,CH_4气体吸附在Pt掺杂ZnO(001)表面的吸附能更大,电荷转移量更多,为0.136e,表明CH_4气体更易吸附于金属Pt掺杂后的ZnO(001)表面,研究结果为高性能ZnO基CH_4气体传感器研发奠定了理论基础。(本文来源于《西南大学》期刊2018-05-23）
李晓青[5]（2018）在《介孔氧化镍的气敏性能与调控机理研究》一文中研究指出近年来,大气环境污染问题越来越严重,易燃易爆以及有毒有害气体时刻威胁着工业生产安全和人们身体健康。因此,研发具有高气敏性能的气体传感器,实现对环境中危险气体的有效监测和检测已是刻不容缓的社会要求。值得注意的是,由于优异的化学和电学特性,氧化镍被公认为是一种理想的气敏材料。但其作为气敏材料,离实际应用还有一定差距,尤其是其较低的灵敏度。本论文依据NiO的自身独特优势,在构筑高比表面积的NiO纳米结构的基础上,通过不同价态金属掺杂对NiO进行改性,以实现对乙醇气体的高效识别。同时还对NiO材料的调控机理进行了深入研究。主要研究内容包括:(1)采用介孔硅SBA-15作为模板材料,通过硬模版法以及离心分离技术成功分离出不同形貌的介孔NiO纳米线(NWs)和分散NiO NWs,探究介孔结构对NiO NWs气敏性能的影响。测试结果表明介孔NiO NWs具有更为明显的束状结构因而具有更高的介孔率。通过数据计算可知,介孔NiO NWs的比表面积为92.61 m~2/g,禁带宽度为3.39 eV,两者均高于分散NiO NWs。因此,介孔NiO NWs气体传感器在340℃下对乙醇气体展现出良好的灵敏度以及快速响应恢复能力。(2)采用介孔硅SBA-15作为模板材料,通过调控煅烧温度(550℃、650℃、750℃),利用硬模版法制备介孔NiO NWs-550,NWs-650和NWs-750,探究煅烧温度对NiO NWs气敏性能影响。随着煅烧温度的不断提髙,晶粒不断长大,比表面积不断减小。较大的比表面积可以为气体反应提供更多的活性位点,而更大的晶粒尺寸可引起禁带宽度变大,进而提高材料电阻并促使形成更宽的空穴积累层。气敏测试结果表明,NiO NWs-650气体传感器对乙醇气体的气敏表现最为突出。因此650℃可作为高性能NiO NWs气体传感器制备的最佳煅烧温度。(3)采用介孔硅SBA-15作为模板材料,利用硬模版法合成不同比例(0%、1%、3%、5%、7%、9%)铁(Fe~(3+))掺杂的介孔NiO NWs,研究铁掺杂对NiO NWs气敏性能影响。高比表面积的介孔结构可以为材料表面的氧气吸附提供更多的活性位点,引起空气环境中壳层电阻的显着下降。此外,铁掺杂可以形成杂质能级,提供电子与NiO NWs中的空穴复合,降低材料的电导率。气敏测试表明,铁掺杂可以明显提高介孔NiO NWs对乙醇气体的响应值和选择性。在320℃,Ni_(0.94)Fe_(0.06)O_(1.03).03 NWs气体传感器对100ppm乙醇气体的响应值为14.30。(4)采用硬模版法制备不同比例(0%、1%、3%、5%、7%)锡(Sn~(4+))掺杂的介孔氧化镍纳米线,并对其形貌、结构以及气敏性能进行表征。根据气敏测试结果可知,锡掺杂可有效提高介孔NiO NWs对乙醇气体的灵敏度。随着锡浓度的升高,传感器对100ppm乙醇气体的灵敏度由2.16(NiO NWs)升高至15.60(Ni_(0.962)Sn_(0.038)O_(1.038)),然后下降至12.24(Ni_(0.946)Sn_(0.054)O_(1.054))。由于介孔结构的存在以及锡掺杂产生的空位,极大提高了材料表面吸附氧,降低了壳层电阻。此外,施主能级提供电子与材料中的空穴复合,且掺杂引起体缺陷增多,两者均造成总电阻的提高。因而,锡掺杂可显着改善介孔NiO NWs的气敏特性。(本文来源于《中国计量大学》期刊2018-05-01）
王梦也[6]（2018）在《两种金属氧化物半导体纳米陶瓷的室温气敏性能及机理研究》一文中研究指出气体泄露可能会引发一系列安全事故,为了保障人们生命财产安全,开发实用性强、气敏性能优良的气体传感器是人们亟待解决的课题。在各类型气体传感器中,金属氧化物半导体(MOSs型)气体传感器实用性最强,因为其诸多优点:寿命长、成本低、器件小巧、加工简单等。然而,目前商业化金属氧化物半导体气体传感器必须在高温(300-400℃)条件下工作。高温工作条件的缺点增加了器件的功耗,缩短了器件的使用寿命,存在着安全隐患。因此,人们迫切希望研究出在低温,甚至是室温条件下工作的气体传感器。金属氧化物半导体的气敏响应是一种表面效应,因此,越来越多的研究课题关注研发各式各样的纳米结构气敏材料。然而,这类低维材料结构的气体传感器存在制备工艺复杂、机械强度低、易潮解等问题,使得纳米气敏元件难以实现商业化应用。实际上,在金属氧化物半导体气敏器件中,块体陶瓷材料很少受到关注。本小组对复合纳米陶瓷块体材料做了开创性研究,制备工艺为传统压片烧结的方式。本文主要研究了 Fe2O3基、SnO2基这两种复合纳米陶瓷,均表现了良好的室温气敏性能。通过微观表征分析,我们发现多孔纳米陶瓷有着低维纳米材料高比表面积的优点。同时,多孔纳米陶瓷还兼具块体材料高稳定性的优点。通过对Fe2O3基、SnO2基复合纳米陶瓷在不同气体氛围中的实时响应进行充分研究,我们还深入分析了两者的气敏响应。具体内容如下:Pt-Fe2O3复合纳米陶瓷的SEM结果显示,该陶瓷中存在大量纳米尺寸的孔洞,氧化铁的晶粒粒径仅为30nm。在室温条件下,该氢气传感器对氢气有着显着的气敏响应。研究了不同氢浓度下传感器的气敏性能,从5%到0.1%。结果显示,该传感器在室温下具有良好的氢敏响应灵敏度和重复性。对氮气中5%氢气,有高达90的灵敏度,响应时间和恢复时间较短,分别约为20s和30s。为了揭示其室温氢敏机理,将氮气中氢气的浓度由5%降低至0,发现该陶瓷的电阻不随氮气中氢气浓度的下降而发生变化。该结果表明,Pt-Fe2O3复合纳米陶瓷的室温氢敏响应是由于氢分子与表面化学吸附氧在室温下发生电子迁移而引起的。与之前报道的Ti02基陶瓷材料的室温氢敏现象相比,Fe2O3基陶瓷材料的室温氢敏性能与机理均存在显着的差别。因此,有必要对更多种类的金属氧化物半导体基陶瓷材料的室温氢敏现象进行系统的研究。Pd-SnO2复合纳米陶瓷的SEM、TEM分析表明,该陶瓷中也存在大量纳米尺寸的孔洞。以该陶瓷材料制备的一氧化碳传感器,在室温下对CO有着显着的气敏响应,且该响应情况与钯浓度有关。钯浓度为1.Omol%、5.0mol%的样品在遇到CO时电阻增加;而钯浓度为0.2mol%的样品遇到CO电阻减小,表现出良好的室温气敏响应。钯浓度为0.2mol%的样品的气敏响应情况如下:对100ppm的CO,仍然有约15倍的较高灵敏度,响应时间和恢复时间很迅速,分别是20s、60s;与对H2的响应对比,呈现出良好的CO选择性。XPS分析表明,钯浓度为1.0mol%、5.0mol%的样品中钯以Pd2+形式存在,而钯浓度为0.2mol%的样品中有Pd2+和Pd4+。结合气敏响应结果,这说明Pd-SnO2复合纳米陶瓷遇到CO时,Pd2+使电阻增大,Pd4+使电阻减小。(本文来源于《武汉大学》期刊2018-05-01）
谭健峰[7]（2018）在《镂空分级金属氧化物纳米结构的设计制备、气敏性能与机理研究》一文中研究指出随着空气污染越来越严重和人类安全的迫切需要,生产和制造性能卓越的气体实时监测传感设备具有十分重要的应用价值。具有特殊微纳结构的半导体金属氧化物不仅被广泛应用于能量存储、光催化和铁电材料等领域,而且作为核心敏感材料在金属氧化物半导体型气体传感器中也展现了令人满意的性能。相比于传统粉体材料而言,纳米材料具有较为独特的几何/外形/结构特点。尽管如此,这类材料的灵敏度,选择性与响应恢复速度不能同时满足实时监测挥发性有机气体与时俱进的迫切需求。因此,进一步地提高金属氧化物半导体型气体传感器综合性能亟待解决。从纳米材料的角度来看,金属氧化物半导体型气体传感器综合性能的提升不能仅仅地依赖于先进的电子电路系统的开发之上,“在理论计算的基础上,如何以气体传感器性能提高为目的导向性地设计与合成性能优越的半导体金属氧化物纳米材料”也不可或缺。纳米结构中的孔洞不仅可以增加材料的比表面积,为化学反应提供更多的活性位点,而且可以为目标气体分子的传输和扩散提供通道,被测目标气体分子可以以纳米孔洞为通道迅速到达敏感材料的活性位点上。而在气体传感器实际应用中,较高的加热测试温度会引起纳米颗粒之间相互团聚和生长聚合,形成无序堆积型孔洞结构。无序堆积型孔洞的无规律连通性或封闭性,会让气体分子杂乱无章地穿行或直接阻碍其传输。此外,理论计算表明,纳米颗粒的尺寸大小会从根本上影响n型金属氧化物半导体气体传感器的灵敏度,而颗粒尺寸和颗粒接触构型对p型金属氧化物半导体气体传感器性能有决定性的影响。由此,本论文设计制备了具有多孔结构的纳米材料,有效促进被测气体分子在纳米材料内部的快速传输,最终达到缩短n型气体传感器响应恢复时间的预期目的。在多孔结构研究基础上,设计超薄纳米片组装的镂空分级结构,进一步改善n型金属氧化物半导体气体传感器的响应恢复时间,并提高其灵敏度。同时,我们设计合成了多孔超薄纳米片组装的镂空中空分级结构和纳米线组装的镂空分级结构,借助结构优势改善p型金属氧化物气体传感器的灵敏度和响应恢复速度。本论文主要面向高灵敏度、快速响应恢复气体传感器,从理论计算结果出发,系统地开展了以综合性能提升为导向制备具有各种特殊微纳结构的金属氧化物半导体材料,研究分析其气体传感器性能与纳米结构的关系。在材料制备方面,本论文利用草酸盐和金属醇盐为前驱体转化制备了具有特殊纳米结构的金属氧化物纳米材料,且纳米颗粒的尺寸小于或远小于其德拜深度,而以前关于半导体型金属氧化物气体传感器理论计算的研究都是以纳米颗粒尺寸远大于德拜深度为前提。本论文工作主要内容包括如下几个方面:1.多孔α-Fe2O3微米棒的制备及其气敏性能针对n型半导体材料α-Fe2O3,为了同时保持小的纳米颗粒尺寸和良好的孔洞结构,围绕提高传感器的灵敏度,加快响应和恢复速度;利用无表面活性剂辅助水热法和原位煅烧分解制备了多孔α-Fe2O3微米棒,并分析对比了多孔α-Fe2O3微米棒和密堆积α-Fe2O3纳米颗粒的气体传感器性能。研究表明:多孔α-Fe2O3微米棒气体传感器对100 ppm乙醇的灵敏度为8.0,其响应/恢复时间为7/7 s。与商用密堆积α-Fe2O3纳米颗粒对比组的比较分析得出,分散良好的孔洞结构不仅可以提供贯通的气体传输通道,而且可以提供更大的比表面积及相应的活性位点,从而保证了气体传感器器件较快的响应恢复速度和较高的灵敏度。2.超薄纳米片组装的镂空分级α-Fe2O3纳米棒及其气敏性能基于多孔α-Fe2O3微米棒气体传感器的研究基础之上,以进一步提高α-Fe2O3气体传感器的灵敏度、缩短响应和恢复时间为目的;以草酸盐为前驱体,利用kirkendall效应,以NaOH为媒介合成了超薄纳米片组装的镂空分级α-Fe2O3纳米棒。表征结果表明,其组成单元超薄纳米片的厚度约为3 nm,远小于该测试温度下α-Fe2O3的德拜深度。镂空分级α-Fe2O3纳米棒的比表面积达到131.5m2.g-1,并且具有集中在10-40nm范围内的良好孔洞结构。气敏性能测试表明,镂空分级α-Fe2O3纳米棒的灵敏度达到氧化铁气体传感器的优异水平,特别是响应恢复时间达到了秒的量级(对100 ppm丙酮和乙醇的响应/恢复时间分别为0.4/2.4和0.8/3.2 s)。在整个制备过程中,我们未引入其他表面活性剂与结构导向剂。与传统的表面活性剂辅助合成法相比较,我们的方法具有普适、高效及成本低廉的特点。3.纳米片组装的镂空分级Co3O4微米棒及其气敏性能首先,我们通过简单的水热法合成了具有均匀一维结构的前驱体CoC2O4微米棒,然后利用Kirkendall效应将前驱体转化为镂空的、由纳米片组装的分级Co3O4微米棒。另外,该转化方法得到的产物还完美地保持了前驱体CoC2O4微米棒的几何外形。在转化的过程中,前驱体CoC2O4微米棒转化为中间产物镂空分级Co(OH)2微米棒。转化过程中产生的纳米孔不仅形成了多孔的镂空结构,还使得内层的草酸钻前驱体的转化进行的更加彻底。气体传感器性能测试结果表明,镂空分级Co3O4微米棒具有较高的灵敏度,特别是对甲醇和乙醇表现出快速的响应/恢复速度(对100 ppm甲醇和乙醇的响应/恢复时间分别为:0.8/7.2 s和0.8/10.8 s)。4.多孔超薄纳米片组装的中空镂空Co3O4微米球及其气敏性能采用简单的水热法,在水溶液中实现了甘油钴前驱体的生长。利用前驱体与NaOH溶液的反应,在10分钟内室温制备了镂空Co(OH)2微米棒。最后通过热分解制备了由多孔超薄纳米片组装的镂空分级Co3O4-HHMSs。中空镂空分级Co3O4微米球。基本组成单元多孔超薄纳米片的厚度约为3nm,小于该测试温度下C03O4的德拜深度。该结构同时满足了高性能p型气体传感器的叁个要求:对氧气的高反应活性,小颗粒尺寸和良好的颗粒接触构型。气体传感测量结果显示,以该材料所制备的气体传感器表现出优越的气体感知特性:高灵敏度(对100 ppm乙醇的灵敏度为38.2)和超快响应/恢复特性(对100 ppm乙醇的响应恢复时间分别为0.1 s和0.7 s)。据我们所知,这是第一次利用多孔超薄纳米片组装的中空镂空分级Co3O4微米球作为薄膜气体传感器的敏感材料,并缩短响应和恢复时间到一秒内。这种快速转化的策略可以为解决高灵敏度、超快响应恢复和实时监测气体传感器存在的挑战提供新的解决方案。5.平行纳米线组装的镂空CuO微米球及其气敏性能通过简单便捷的溶剂热反应,以及后续的kirkendall反应,合成了只有开孔孔型的平行纳米线组装的镂空氧化铜微米球,并将其作为一种高效、灵敏的气体传感器活性材料。在kirkendall反应过程中,草酸铜微米球不仅为制备镂空氧化铜微米球提供了 Cu离子的来源,同时也为镂空氧化铜微米球的形成提供了模板。评估气体传感材料性能的测试中,镂空氧化铜微米球传感器在操作温度为190℃时对100 ppm正丙醇表现出相对较高的灵敏度(6.2)和快速响应/恢复速度(响应/恢复时间分别是1.2/6.6 s)。这种优越的气体传感性能可能主要归功于单根CuO纳米线组装的有序镂空分级结构的化学成分和微纳结构,以及强健的整体框架结构。值得注意的是,单根CuO纳米线的直径约为15 nm,远小于该测试温度下CuO的德拜深度。本部分所展示的合成策略可用于制备许多其他自模板的分级纳米材料,并为开发用于实时气体传感器的敏感材料开辟了一条新的途径。(本文来源于《华中师范大学》期刊2018-03-01）
邓剑峰[8]（2017）在《基于量子点的ZnO薄膜气敏性能及机理研究》一文中研究指出金属氧化物半导体气体传感器以其灵敏度高、制备简单等优点,作为摄取信息的功能器件受到研究者重视。一直以来,人们认为氧化物晶粒尺寸越小,比表面积越大,气体传感器的灵敏度越高。然而近年来,随着纳米科学技术的发展,纳米材料的制备技术趋于成熟,人们选择晶粒尺寸极小的量子点制备的气敏薄膜灵敏度却比较低。针对这一反常现象,本文以ZnO量子点为研究对象,还原性气体H2S为待测气体,深入分析了影响纯相ZnO薄膜气敏性能的各种因素,寻求提高气敏性能的方法,最终采用室温成膜的方法制备出室温下高灵敏度的ZnO气敏薄膜,主要研究内容与结论如下:(1)采用溶胶凝胶法制备ZnO量子点,通过改变前驱体摩尔比、反应温度、反应时间和陈化时间等工艺条件,制备出平均粒径尺寸从3.2nm到15.6nm的六方纤锌矿结构ZnO量子点,并能够稳定分散在乙醇溶液中。TEM测试表明ZnO量子点呈球形,结晶良好,其带隙随量子点尺寸增加而减小,变化范围为3.75eV~3.41eV。(2)选用粒径尺寸约为4.9nm的量子点,在室温条件下,采用旋涂镀膜法在氧化铝陶瓷基片上制备ZnO薄膜,并对薄膜的电性能和气敏性能进行分析。实验结果表明制备的ZnO薄膜电阻高(12GΩ)、对硫化氢气体的灵敏度低,室温响应为1.85,在90℃达到最高值3.5。为了改善薄膜的气敏性能,对薄膜进行了低温(300℃)热处理。在室温条件下,热处理之后的ZnO薄膜对H2S的响应显着提高达到75,超过了在此之前文献报道的室温下ZnO气敏膜的灵敏度。微观测试表明室温条件直接制备的ZnO量子点薄膜晶粒之间没有形成载流子通道,而低温热处理后晶粒之间形成了颈部连接。本文通过对量子点的平带模型引入接触势垒进行修正,很好地解释了实验现象。(3)在前面工作基础上进一步提高热处理温度,这时载流子通道已经形成,主要研究晶粒尺寸对ZnO薄膜气敏性能的影响。实验发现在室温测试时,尽管载流子通道已经形成,ZnO薄膜气敏灵敏度仍然没有随着晶粒尺寸的减小而单调增大,而是在晶粒尺寸为13.6nm时出现了最大值131。为了消除热处理带来的影响,本文又在室温条件下,将不同晶粒尺寸的ZnO量子点直接在氧化铝基片上旋涂制备成ZnO薄膜并测试其气敏性能。实验结果表明随着晶粒尺寸的增大,薄膜的灵敏度先增大后减小,仍然存在一个最佳晶粒尺寸使薄膜的灵敏度最大。这个晶粒尺寸为14.1nm,和上面的最佳晶粒尺寸非常接近。通过对以上实验结果的分析,本文建立了德拜尺寸效应模型,在不同的情况下分析薄膜的晶粒尺寸对气敏性能的影响,根据推导得到的灵敏度表达公式可知,当晶粒尺寸等于2倍德拜长度时,灵敏度达到理论最大值,和实验结果完全一致。(4)由以上实验结果和理论分析可知,载流子通道形成和接近于两倍德拜长度的晶粒尺寸是获得高灵敏度ZnO量子点气敏薄膜的关键因素。为了在室温下制备出高性能的薄膜,本文将导带位置匹配并且具有良好导电性能的氧化石墨烯和最佳粒径的ZnO纳米颗粒进行复合来制备复合薄膜,研究了石墨烯复合对薄膜的电性能和气敏性能的影响。实验结果表明,随着石墨烯掺入量的增加,复合薄膜对硫化氢的灵敏度先增大后减小,当石墨烯掺入量为5wt%达到最大值。以晶粒大小为14.1nm ZnO量子点为例,当石墨烯掺入量为5wt%时,室温条件下薄膜灵敏度由石墨烯掺入前的14.2提高到33.2,响应与恢复时间明显减小,响应时间由55s降低到41s,恢复时间由246s降低到154s。在复合体系中,石墨烯作为ZnO量子点的支撑体和载流子通道形成的关键材料,提高了载流子迁移率,增大了薄膜与待测气体的有效接触面积,有利于薄膜灵敏度的提高。(本文来源于《华中科技大学》期刊2017-08-12）
杨文[9]（2017）在《高性能NO_2气敏材料的设计及其气敏机理研究》一文中研究指出作为PM_(2.5)、酸雨和光化学烟雾的重要来源之一,NO_2对人类的健康、建筑物的外观和局部生态系统有着重要影响。在低温条件下实现低浓度NO_2的快速检测,不仅可以节约能源,而且可以减少NO_2造成的影响。目前,用于NO_2检测的气敏材料根据其最佳工作温度大致可以分为两大类:一类是高温的NO_2气敏材料,主要是金属氧化物半导体气敏材料,它们在高温下对NO_2可实现快速检测,高的检测温度大大限制了它们在实际检测中的应用;另一类是低温NO_2气敏材料,包括碳材料、导电聚合物、金属有机配合物,这类材料的优势在于可低温或室温下检测NO_2,但是大多情况下需要较长的恢复过程。因此,本论文以高性能NO_2气敏材料的设计为目标:(1)通过形貌调控和复合两种手段实现ZnO纳米材料NO_2气敏性能的改进和气敏机理的研究;(2)通过金属有机配合物的设计,实现低温NO_2气敏材料的制备,并探讨了它的NO_2气敏机理研究。具体的研究内容如下:1.采用水热法完成了四种不同形貌的ZnO的制备,运用XRD、FT-IR、SEM和TEM对材料的组成和形貌进行了表征,这四种材料分别为R-ZnO、P-ZnO、F-r-ZnO和F-p-ZnO;考察它们的NO_2气敏性能发现:F-p-ZnO>F-r-ZnO>P-ZnO>R-ZnO。通过 UV-Vis、PL 和 XPS 表征发现:窄的禁带宽度和高含量的给电子缺陷使得F-p-ZnO有着最好的NO_2敏感性能。随后通过简单的溶液混合法完成了不同形貌的ZnO与氧化石墨(GO)的复合,调查了 ZnO/RGO材料的NO_2气敏性能,分析了 ZnO与RGO复合后,NO_2气敏性能发生变化的原因。2.通过对金属离子、铜盐、铜盐与硫脲摩尔比的优化,离心金属盐溶液和硫脲溶液的混合液得到一种白色材料。XRD、SEM、TEM、EDS、FT-IR和Raman对这种白色材料的组成和形貌分析表明它为Cu(Tu)C1·0.5H_2O纳米线。它的N02气敏性能测试表明其在60 ℃可以实现0.1～10 ppm NO_2的快速检测,适当的热处理可以进一步提高这种金属有机配合物的NO_2气敏性能。XPS、Hall效应测试和热处理对材料的导电性影响实验表明这种材料有着良好的质子导电性、丰富的含氧官能团和灵敏的氧化还原性,这叁个性质使得配合物有着良好的NO_2响应。这为高性能NO_2敏感材料的设计提供了很好的借鉴。(本文来源于《北京化工大学》期刊2017-05-22）
何磊,殷晨波,张子立,杨柳[10]（2017）在《SnO_2基电阻薄膜型微氢气传感器的气敏机理》一文中研究指出借助Materials Studio中的CASTEP模块,建立了H_2与SnO_2薄膜(110)面的吸附模型。应用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,确定了H_2在SnO_2(110)面的最佳吸附位置;在此基础上,通过分析H_2在SnO_2(110)面吸附前后态密度(DOS)及表面差分电荷密度的变化,说明了电阻型薄膜型微氢气传感器的微观气敏机理,即当H_2吸附于SnO_2薄膜表面时,薄膜表面电阻减小,其主要原因是H原子的s轨道的部分电子转移到薄膜表面。最后通过灵敏度测试实验,从宏观上对理论分析结果进行了验证。(本文来源于《仪表技术与传感器》期刊2017年03期）
气敏机理论文开题报告
（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：
气体传感器最核心的部分是气体敏感材料。氧化锌(ZnO)、氧化铁(α-Fe_2O_3)作为两种典型的金属氧化物半导体材料,也是最常用的气敏材料,具有结构形态丰富、化学稳定性高、检测气体种类多等特点,已引起广泛研究兴趣。但是,基于这种纯相半导体材料的商业化气敏传感器还普遍存在一些问题:第一,材料多数为粉末,通过手工涂覆材料制成的器件通常会破坏材料的本征特性;第二,该类气敏材料灵敏度较低、工作温度较高、响应-恢复时间较长、选择性较差;第叁,气敏机理研究不够深入,停留在唯象理论阶段,缺乏直接证据和系统理论支撑。针对上述问题,本论文的基本思路是通过设计并构筑大比表面积的纳米线异质结构,进一步改善纯相氧化物半导体材料的气敏性能;利用半导体能带理论和密度泛函理论(DFT)模拟等理论分析手段,尝试系统解释异质结增强型氧化物半导体气敏机理。论文主要以ZnO、α-Fe_2O_3纳米棒(包括多孔型)为材料研究模型,通过籽晶层诱导水热法在平板电极上直接生长纯相氧化物半导体气敏材料;通过溅射、旋涂、脉冲激光沉积(PLD)等方法在其表面构筑金属/半导体(M/S)结或半导体N/N同型异质结构;对比研究Schottky接触、贵金属催化、NN异质结耗尽层、表面吸附氧等不同物理化学机制在提高氧化物半导体气敏性能方面的作用机理。论文主要研究结果如下:1.通过引入Au/ZnO(M/S)结,研究揭示了肖特基(Schottky)接触和贵金属催化作用在该类金属修饰氧化物半导体气敏传感器中的重要作用。首先利用ZnO籽晶层诱导水热法在Al_2O_3平板电极上直接生长ZnO纳米棒阵列,然后利用溅射法将Au纳米颗粒随机负载在ZnO纳米棒表面,构筑Au/ZnO异质结构气敏元件。气敏性能测试结果证明,在近室温(40℃)下,复合结构对叁乙胺气体具有较好的选择性,最佳Au/ZnO器件对50 ppm叁乙胺气体的灵敏度可达到22,约为ZnO纳米棒器件的8~9倍。运用半导体能带理论,详细解释Au与ZnO形成Schottky接触后,电子在Au与ZnO界面处的转移过程,加深了对贵金属催化作用和金属“溢流”唯像模型在该类贵金属增强半导体气敏性能机理方面的认识。2.通过引入Au/α-Fe_2O_3(M/S)结,将M/S结增强气敏性能机理拓展到大比表面积多孔氧化物半导体气敏材料,进一步提升了所制备气敏元件的性能。首先通过α-Fe_2O_3籽晶层诱导水热法在Al_2O_3平板电极上制备了多孔α-Fe_2O_3纳米棒,进而采用旋涂法制备了Au/α-Fe_2O_3多孔纳米棒异质结构,并证实了Au与α-Fe_2O_3之间肖特基接触的存在。气敏测试结果再次证明M/S结有助于改善气敏性能,最佳Au/α-Fe_2O_3器件在40℃时具有较短的恢复时间(8 s)和低的检测极限(1 ppm),较氧化锌纳米棒性能更优。此外,本章还侧重探讨了湿度对气敏性能的影响和机理。3.对比研究了半导体NN同型异质结耗尽层模型与表面吸附氧模型对半导体气敏传感器性能的影响。运用水热法和PLD法设计了α-Fe_2O_3/ZnO纳米棒来改善ZnO纳米棒的气敏性能。气敏测试结果发现,α-Fe_2O_3/ZnO复合异质结构的最佳工作温度为300~oC,对50 ppm的叁乙胺气体的灵敏度显着高于ZnO材料,最佳α-Fe_2O_3/ZnO器件的灵敏度可达到63。进一步运用能带理论解释了关于此类NN异质结复杂结构改善气敏性能的机理,并结合XPS实验证据,提出表面吸附氧含量机理对改善气敏性能重要作用的想法,运用密度泛函理论系统解释并验证了该想法的可靠性。
（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。
气敏机理论文参考文献
[1].林龙,王朋涛,余伟阳,黄敬涛,祝令豪.Cu掺杂SnO_2(110)面对CO气敏机理的第一性原理研究[J].功能材料.2019
[2].宋晓攀.异质结增强氧化物半导体气敏性能及机理研究[D].济南大学.2019
[3].陈晓晓,姚阳光,谭礼明,顾青山,袁建辉.液相等离子喷涂制备Au-WO_3复合涂层及其气敏机理[J].表面技术.2019
[4].洪长翔.氧化锌基甲烷气体传感器检测特性及气敏机理第一性原理研究[D].西南大学.2018
[5].李晓青.介孔氧化镍的气敏性能与调控机理研究[D].中国计量大学.2018
[6].王梦也.两种金属氧化物半导体纳米陶瓷的室温气敏性能及机理研究[D].武汉大学.2018
[7].谭健峰.镂空分级金属氧化物纳米结构的设计制备、气敏性能与机理研究[D].华中师范大学.2018
[8].邓剑峰.基于量子点的ZnO薄膜气敏性能及机理研究[D].华中科技大学.2017
[9].杨文.高性能NO_2气敏材料的设计及其气敏机理研究[D].北京化工大学.2017
[10].何磊,殷晨波,张子立,杨柳.SnO_2基电阻薄膜型微氢气传感器的气敏机理[J].仪表技术与传感器.2017
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