CeO2/SnO2纳米材料的制备与气敏性能研究

本文应用溶胶-凝胶法制备了7种不同成分和煅烧温度的CeO2/SnO2材料,应用X射线衍射方法对其中的3种进行了结构表征和粒度分析,运用自组装的气敏性能设备检测了该7种不同成分的CeO2/SnO2材料的气敏性能,简要分析了其气敏机理。结果表明:掺杂CeO2有利于SnO2晶粒的细化;掺杂CeO2和La2O3可改变或提高SnO2气敏材料对某些气体的气敏性能;煅烧温度在600℃~800℃之间,掺杂2?O2的CeO2/SnO2气敏材料,随煅烧温度上升,气敏性能下降;煅烧温度600℃、掺杂5?O2的CeO2/SnO2气敏材料,对乙醇具有较高的灵敏度和选择性,具有开发应用价值;CeO2/SnO2气敏材料的气敏机理为表面电导控制型。     

Sol-Gel法制备钙钛矿型复合氧化物YFeO~3气敏材料

用溶胶-凝胶法制备了YFeO~3气敏材料,并对其制备条件,导电行为和气敏效应作了系统研究,结果表明：铁钇物质的量之比n(Fe^3^+):n(Y^3^+)=1:1,800℃下热处理2h可得纯相钙钛矿型复合氧化物YFeO~3;电导测量显示,该材料呈p型半导体导电行为。2h预烧凝胶粉在800℃下热处理3h所得微粉制作的元件的电导突变温度为400℃,对乙醇有较高的灵敏度和良好的选择性,有望开发为一类新型酒敏传感器。     

三维有序In2O3纳米线阵列的合成及纳米结构有序度对气敏性能的影响

采用SBA-15硬模板复制技术合成出三维有序纳米线阵列结构的In₂O₃, 通过离心分离获得了2个尺寸不同的块状颗粒样品. 利用XRD、 SEM和紫外-可见光谱对样品的晶体结构、 晶粒尺寸、 形貌及带隙宽度进行了分析. 结果表明, 2个样品具有相同的纳米微结构, 均为由晶粒尺寸约12 nm的近球形In₂O₃晶粒规则有序排列生长而成的三维纳米线阵列结构, 纳米线的直径约为12 nm, 间距约为2 nm, 且块状尺寸较大样品的带隙宽度略大. In₂O₃样品对乙醇气体的气敏性能测试结果显示, 当乙醇气体在空气中的体积分数为100×10^-6, 温度为320 ℃时, A样品的灵敏度达到50. 6, 优于尺寸较小的B样品. 通过对比研究发现该纳米结构样品的气敏性能明显优于同级别纳米颗粒和介孔结构材料, 纳米材料的气敏性能随纳米结构形态有序度的增加而提高.     

掺镁YFeO3固溶体的电导和气敏性能研究

用化学共沉淀法制备了复合氧化物YFeO3镁掺杂固溶体Y1-xMgxFeO3气敏半导体材料,并对其相组成、电导和气敏性能进行了研究。结果表明：Mg2+在YFeO3的A位固溶范围为0糩]x糩0.8;电导测量显示,该p型固溶材料电导突变温度较纯相YFeO3低100℃以上;900℃下灼烧4h所得的Y0.94Mg0.06FeO3粉料制作的元件在257℃时对乙醇灵敏度最高,对4.5*mol/L乙醇的灵敏度高达44;选择性较好,4.5韒ol/LC2H5OH的灵敏度是45*mol/Lpetrol的4.0倍。     

纳米晶La1—xSrxFeO3的合成及气敏特性的研究

用柠檬酸盐法合成出Ｌａ１－ｘＳｒｘＦｅＯ３（ｘ＝０．１，０．２，０．３，０．４）原粉，再经固相反应得到纳米晶粉末，用ＴＧ、ＤＴＡ、ＸＲＤ、ＩＲ进行了表征，确证复合氧化物Ｌａ１－ｘＳｒｘＦｅＯ３为钙钛矿型结构，粒径在１０～２５ｎｍ之间。实验结果表明，随着固相反应条件不同，产物粒径呈规律性变化。气敏特性研究表明，该纳米晶材料对乙醇有较高的选择性和灵敏度，其选择性顺序为Ｌａ０．９Ｓｒ０．１ＦｅＯ３＞Ｌａ     

热解法制备纳米sno2及气敏性能

在不同温度下热解SnC2O4制备出纳米SnO2。利用XRD、红外光谱测试技术研究了SnO2的形貌、结构及晶粒生长过程,对它们的气敏性能进行了研究。结果表明,随着热解温度的不同,获得的颗粒尺寸不同。机理研究显示:650℃以上或650℃以下SnO2颗粒生长的方式不同。当热处理温度<650℃时,晶核生长以表面扩散为主,晶粒生长缓慢;在650℃以上热解时,晶粒以晶界迁移进行粒子生长,生长比较迅速。热解温度对气敏灵敏度影响很大,对响应恢复时间影响不大。热解法合成的SnO2纳米材料具有较好的酒敏性能,650℃热处理所得样品的气敏性能最佳,在灵敏度、响应恢复时间上表现优良。     

改进注浆法制备(ZrO2)0.92(Y2O3)0.08电解质薄管的电学性能及应用

用改进注浆法制备出长度为226－266mm，厚度为0.4-0.9mm，相对密度为96.7%的（ZrO2)0.92(Y2O3)0.08的电解质薄管，用SEM和交流阻抗谱研究了样品的微结构和电学性能，分析了烧结密度、晶粒和晶界对样品电学性能的影响，考察了用该电解质薄管组装的固体氧化物燃料电池的性能。结果表明：样品的致密度随烧结温度的升高而逐渐增大，样品的微结构对其电学性能有强烈的影响，样品的电学性能随烧结密度的增加而增大，晶粒电导率和晶界电导率也随烧结温度升高而得以改善，1650℃烧结的样品具有较好的烧结性能。单电池的最大开路电压和短路电流分别为0.946V和1.84A，850℃时最大输出功率为0.46W。     

PrGa1-xMgxO3作为燃料电池固体电解质的研究

用固相反应法合成了具有正交钙钛矿结构的PrGa1-xMgxO3（x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25)通过掺杂,样品的电导率显著提高,活化能降低,所有样品均以离子导电为主,其中PrGa0.9Mg0.1O3的氧离子电导率最高,在800℃达到0．05S／cm,PrGa0.8Mg0.2O3的导电活化能量低,为24．19kJ/mol。随着温度的升高,样品的离子迁移数增加,PrGa0.9Mg0.1O3作为电解质的燃料电池在940℃短路电流密度为0．45A／cm^2,最大功率密度达0131W／cm^2,镁掺杂的PrGaO3是一种性能优良的固体电解质。     

水热法合成SnO_2空心球及其对乙醇气敏性能研究

采用水热无模板法合成了SnO_2空心微球,研究了不同溶剂比例对材料形貌的影响。将制备的SnO_2空心球和实心球材料制备旁热式半导体传感器,并对乙醇气体的敏感性能进行研究。结果表明:当乙醇和水的比例达到2:3时,合成了SnO_2空心微球,尺寸约为1-2μm。气敏性能研究表明,在加热温度280℃,SnO_2空心球传感器对50 ppm乙醇的灵敏度达到9,是SnO_2实心球的灵敏度的3倍,且具有较短的响应时间,响应时间为4 s。     

掺杂La2O3的SnO2纳米颗粒的制备及对三甲胺气敏性能的研究

采用均相沉淀法制备了SnO2以及掺杂不同La2O3质量比的SnO2纳米颗粒,对材料进行TG-DTA热分析、Zeta电位测定及XRD表征,将材料制作成烧结式La2O3-SnO2复合材料气敏元件,并测试了元件对三甲胺的气敏性能。研究表明:所得粉体粒径在4~10nm之间,且SnO2粉体粒径随La2O3掺杂量的增加而减小。少量La2O3的掺杂显著改善了SnO2对低浓度TMA的灵敏度,工作电压5V时,La2O3掺杂量为5wt%的SnO2纳米颗粒对12μg/L和173μg/L TMA的灵敏度分别达到6.4和120。     

热处理温度对溶剂热合成Co3O4纳米片气敏和吸附性能之影响

以Co(Ac)2·4H_2O和六次甲基四胺(HMTA)为起始反应物,聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(P123)为表面活性剂,在乙二醇(EG)和水混合溶剂中用溶剂热法得到中间产物,通过煅烧热处理制备了Co_3O_4纳米片。利用XRD、SEM和N_2吸附-脱附等方法进行了样品表征,研究了不同热处理温度对产物形貌和结晶度的影响,以及所制备纳米片的气敏性能。根据气敏测试和吸附性能结果,分析了气敏机理和吸附动力学。结果表明:热处理温度是影响产物形貌的关键因素,350℃是最佳的热处理温度,此时得到的纳米片最薄也最均匀。由于产物形貌变化改变了材料的比表面积,进而影响到产物的气敏性能和吸附性能。总体而言,纳米片厚度越小,比表面积越大,材料的气敏灵敏度和吸附效率越高。     

Sm0.5Sr0.5Co1-xCuxO3-δ阴极材料的合成与性能研究

采用尿素-硝酸盐法制备了Sm0.5Sr0.5Co1-xCuxO3-δ(x=0～0.5)阴极材料.用TG-DSC,SEM,XRD和热膨胀仪对材料的形成过程、晶体结构、烧结体的微观结构及热膨胀性能进行了表征.用直流四端子法测试材料在500～800℃范围内的电导率.结果表明,制备样品的主晶相为正交钙钛矿结构,体系含有杂相;电导率随温度和Cu含量的变化关系表现为,x≤0.2时的样品随温度升高电导率降低,x≥0.3时随温度升高电导率增大,组成为x=0.2的样品电导率最高,500℃达到703.1 S·cm-1.材料的热膨胀系数随掺杂的Cu含量增加而降低.     

平面型乙醇快速响应气敏传感器的制备

采用水热法合成了纳米In₂O₃颗粒,将其旋涂于陶瓷基片上经氮化处理获得InN基片,再对InN基片进行氧化,合成出气敏材料并在一种微型平面电极片上制备了传感器件.采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）仪、X射线光电子能谱（XPS）等手段对材料的形貌、组成进行了表征与分析,结果表明,最终获得了松枝状结构的InN-In₂O₃纳米复合材料.对器件的气敏性能进行了测试,发现基于此材料制备的平面型气敏传感器对乙醇气体具有良好的气敏性能：检测浓度为1.025 mg/m³（500 ppb）的乙醇蒸汽的灵敏度可达18;检测2.05 mg/m³（1 ppm）的乙醇的响应-恢复时间最快仅为1 s;最佳工作温度低,仅为50℃.     

掺Tb-硅基发光材料制备过程中结构及发光性能

采用溶胶 凝胶技术,制备了不同退火温度下掺Tb3＋的SiO2玻璃,掺Tb3＋的凝胶玻璃在448,544,585,620 nm显示Tb3＋的5D4 7FJ(J=3,4,5,6)的特征发光光谱.通过不同退火温度下样品的激发光谱、发射光谱、红外光谱、远红外光谱及差热 热重谱研究了掺Tb3＋的硅基材料由凝胶向玻璃转变过程中的结构变化及对Tb3＋发光性能的影响.结果显示,在50～100 ℃退火温度下,凝胶大部分吸附水分子被除去,在150～500 ℃退火温度区,是凝胶向玻璃转变的主要结构变化区,并且其发光强度也明显增加,到800 ℃时趋于稳定.这些现象得出一个结论,Tb3＋的发光跃迁被O－H基强烈猝灭而随退火温度的升高而加强.     

几种尖晶石型氧化物纳米粉体的制备及气敏性

采用化学共沉淀法合成了４种尖晶石型复合氧化物ＭＦｅ２Ｏ４（Ｍ＝Ｃｕ＾２＋，Ｚｎ＾２＋，Ｃｄ＾２＋，Ｍｇ＾２＋），Ｘ射线粉末衍射分析，透射电镜及比表面测定等表征结果表明它们均具较大比表面积的纳米粉体，平均粒径〈５０ｎｍ，将样品做成厚膜型气敏元件，测定了其对乙炔，液化石油气，一氧化碳、氢气和乙醇等还原（可燃）性气体的气敏特性。     

醋酸钾溶液体系中α-Fe_2O_3纳米微球的离子液体辅助合成及气敏性能研究

以Fe Cl3·6H2O和CH3COOK为反应物,以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯化物([Bmim]Cl)为结构导向剂和表面活性剂,采用水热合成法在150℃反应8 h制备出结晶度好、形貌规整,直径为10~30 nm的α-Fe2O3纳米微球.考察了[Bmim]Cl的添加量对氧化铁形貌和气敏性能的影响.气敏性能测试结果表明:当离子液体添加量为12 mmol时,α-Fe2O3纳米微球对乙醇的气敏性能最佳.在工作温度为300℃时,对50μL/L乙醇的灵敏度达到7.56,是不添加离子液体时制备的α-Fe2O3的5.6倍,在10~200μL/L的检测范围内灵敏度与浓度具有良好的线性关系(R=98.8%),并且具有良好的选择性和稳定性.本文还详细探讨了α-Fe2O3纳米微球对乙醇的敏感机理,以及工作温度对其气敏性能的影响.     

厚膜型la2cuo4的氧敏性能

采用甘氨酸-硝酸盐法合成了La2CuO4复合氧化物,并制成厚膜型氧敏元件。结果表明,在400~700℃之间,厚膜型La2CuO4的灵敏度随着测试温度的升高而逐渐降低。La2CuO4气敏元件的灵敏度(RN2/RO2)主要由表面载流子浓度决定,随着测试温度的升高,吸附氧在粒子表面的脱附速率增大,导致空穴载流子浓度随温度的升高而降低,从而使灵敏度下降。厚膜型La2CuO4在400℃时的灵敏度最大,可以达到29.6,远大于烧结型La2CuO4的灵敏度,且厚膜型La2CuO4在400℃对于氧分压变化具有快速的响应,响应时间约为4 s。     

气敏材料Cd2V2O7的制备和性能

采用固相反应法制备了Ｃｄ２Ｖ２Ｏ７半导体气敏材料．研究了制备条件对产物物相的影响及高温固相反应机理．电导测量表明：材料具有典型的表面电阻控制型电导行为．探讨了制备条件对气敏性能的影响．气敏测试表明,Ｃｄ２Ｖ２Ｏ７对乙醇有较好的灵敏度、选择性和稳定性以及较快的响应———恢复速度．     

SmFe_(1-y)Sr_yO_3的制备及其气敏性能

用sol-gel法制备SmFe_(1-y)Sr_yO_3(y=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6)粉体.XRD图谱表明SmFe_(1-y)Sr_yO_3为正交钙钛矿结构,粉体的晶胞体积和晶粒尺寸均随Sr~(2+)含量的增大而增大.用SmFe_(1-y)Sr_yO_3纳米粉体制备成气敏元件,测试了其对乙醇气体的气敏特性.结果表明,在同等条件下,以SmFe_(0.7)Sr_(0.3)O_3元件对乙醇的气敏性能最优,在工作温度为240℃时对体积分数为1×10~(-4)的乙醇的灵敏度达到26.14,是SmFeO_3元件的10.80倍.SmFe_(0.7)Sr_(0.3)O_3元件同时还表现出较好的选择性、响应-恢复特性与稳定性,工作温度为240℃时的响应时间和恢复时间分别为28s和83s.     

纳米半导体材料SO2-4/La-α-Fe2O3的表面结构与酒敏特性

对纳米半导体材料SO4^2-/La-α-Fe2O3进行了IR、XPS分析和比表面积测定实验，并制成厚膜型酒敏元件，探索了焙烧温度与灵敏度的关系以及气敏元件的稳定性。结果表明。样品中SO4^2-与La-α-Fe2O3表面的金属离子（Fe^3 或La^3 ）结合构型是无机桥式配位型，SO4^2-的加入使Fe2p3/2电子结合能从710.85eV提高到712.10eV，表面Fe^3 在SO4^2-的作用下显示出更正的电位，从而改变了半导体性质，由p型转变成为n型；在焙烧温度为450℃烧结的SO4^2-／La-α-Fe2O3元件，对酒精的灵敏度最高（S＝35.7）、稳定性好。