氧化钨纳米线-单壁碳纳米管复合型气敏元件的室温NO2敏感性能与机理

利用溶剂热法合成了一维的氧化钨纳米线, 通过掺入适量单壁碳纳米管(SWNT)制备了基于氧化钨纳米线-SWNT 复合结构的室温气敏元件并评价了其对NO₂气体的室温敏感性能. 利用X射线与扫描电子显微镜表征了材料的微结构, 结果表明, 合成的氧化钨纳米线具有单斜的W₁₈O₄₉结构, 复合材料中SWNT被包埋在氧化钨纳米线中间. 气敏性能测试结果表明, 氧化钨纳米线-SWNT复合结构气敏元件在室温下对NO₂气体表现出了高的灵敏度和超快的响应特性; 较低的SWNT掺入量对获得好的气敏性能有利. 分析了基于复合结构材料气敏元件的可能的气敏机理, 认为元件良好的室温敏感性能与SWNT掺入在复合结构材料中引入大量的贯穿气孔和p-n异质结有关.     

钒掺杂W18O49纳米线的室温p型电导与NO2敏感性能

钨氧化物纳米线在高灵敏度低功耗气体传感器中极具应用潜力, 且通过掺杂改性可进一步显著改善其敏感性能. 本文以WCl₆为钨源, NH₄VO₃为掺杂剂, 采用溶剂热法合成了钒掺杂的W₁₈O₄₉纳米线. 利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱仪表征了纳米线的微结构, 并利用静态气敏性能测试系统评价了掺杂纳米线的NO₂敏感性能. 研究结果表明: 五价钒离子受主掺杂进入氧化钨晶格结构, 抑制了纳米线沿轴向的生长并导致了纳米线束的二次集聚; 室温下, 钒掺杂W₁₈O₄₉纳米线接触NO₂气体后表现出反常的p型响应特性; 随工作温度逐渐升高至约110 ℃时, 发生从p型到n型的电导特性转变; 该掺杂纳米线气敏元件对浓度低至80 ppb (1 ppb=10^-9) 的NO₂气体具有明显的室温敏感响应和良好的响应稳定性. 分析并探讨了钒掺杂W₁₈O₄₉纳米线的高室温敏感特性及其p-n电导转型机理, 认为钒掺杂W₁₈O₄₉纳米线在室温下的良好敏感响应及反常p型导电性与掺杂纳米线表面高密度非稳表面态诱导的低温气体强吸附有关. 关键词： 氧化钨 纳米线 气体传感器 室温灵敏度     

微流控技术制备ZnO纳米线阵列及其气敏特性

利用微流控技术在微通道中制备了Zn O纳米线阵列,通过X射线衍射和扫描电子显微镜分别对纳米线的物相和表面形貌进行了表征.结果发现,合成的Zn O纳米线具有良好的c轴择优取向性和结晶度.同时,对Zn O纳米线阵列在丙酮、甲醇和乙醇气体中的气敏特性进行了研究,测试结果表明:在最佳工作温度(475?C)下,纳米线阵列对200 ppm(1 ppm=10-6)丙酮气体的最大灵敏度可达8.26,响应恢复时间分别为9和5 s;通过与传统水热法制备的Zn O纳米线的气敏性能相比较发现,基于微流控技术制备的纳米线阵列具有更高的灵敏度和更快的响应恢复速度.最后,从材料表面氧气分子得失电子的角度对Zn O纳米线气敏机理进行了讨论.     

n型有序多孔硅基氧化钨室温气敏性能研究

利用电化学腐蚀方法制备了n型有序多孔硅, 并以此为基底用直流磁控溅射法在其表面溅射不同厚度的氧化钨薄膜. 利用X射线和扫描电子显微镜表征了材料的成分和结构, 结果表明, 多孔硅的孔呈柱形有序分布, 溅射10 min的WO₃薄膜是多晶结构, 比较松散地覆盖在整个多孔硅的表面. 分别测试了多孔硅和多孔硅基氧化钨在室温条件下对二氧化氮的气敏性能, 结果表明, 相对于多孔硅, 多孔硅基氧化钨薄膜对二氧化氮的气敏性能显著提高. 对多孔硅基氧化钨复合结构的气敏机理分析认为, 多孔硅和氧化钨薄膜复合形成的异质结对良好的气敏性能起到主要作用, 氧化钨薄膜表面出现了反型层引起了气敏响应时电阻的异常变化. 关键词： 有序多孔硅 氧化钨薄膜 二氧化氮 室温气敏性能     

硅纳米线/氧化钒纳米棒复合材料的制备与气敏性能研究

采用纳米球光刻和金属辅助刻蚀法以p型单晶硅片制备了硅纳米线阵列, 并以此作为基底, 通过溅射不同时长的金属钒薄膜并进行热退火氧化处理, 制备出硅纳米线/氧化钒纳米棒复合材料. 采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪表征了该复合材料的微观特性, 结果表明该结构增大了材料的比表面积, 有利于气体传感, 并且镀膜时间对后续生长的氧化钒纳米棒形貌有明显影响. 采用静态配气法在室温下测试了该复合材料对NO₂的气敏性能, 气敏测试结果表明沉积钒膜的时间对复合材料的气敏性能影响较大. 当选择合适的镀膜时间时, 适量氧化钒纳米棒增加了材料表面积并形成大量pn结结构, 相比纯硅纳米线对NO₂气体的灵敏度有明显提升, 且在室温下表现出优良的选择性. 同时, 对气敏机理做了定性解释, 认为硅纳米线与氧化钒纳米棒之间形成的pn结及能带结构在接触NO₂ 时的动态变化是其气敏响应提升的主要机制.     

多孔ZnO微米球的制备及其优异的丙酮敏感特性

以六水合硝酸锌、尿素为原料,以六亚甲基四胺为表面活性剂,利用水热法合成了多孔氧化锌微米球.通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和吸附仪对样品的结构、形貌、比表面积和孔径进行了表征.利用所得多孔微米球氧化锌制备了气敏元件,并对其气敏特性进行了测试.结果表明:在280℃的工作温度下,表面多孔氧化锌微米球气敏元件对50 ppm的丙酮气体的灵敏度为26.8,响应时间和恢复时间分别约为4 s和10 s,并具有良好的选择性.     

纳米氧化锡室温光激活气敏特性的研究

采用水热合成的方法,在玻璃基底上制备了氧化锡纳米棒阵列,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其晶体结构和表面形貌进行表征,并解释了氧化锡纳米棒的生长机理。为了找到最佳的制备测试参数,研究了室温下,不同水热合成时间和退火温度对纳米氧化锡乙醇气敏特性的影响,并在此基础上研究了365nm紫外光激活时氧化锡对乙醇气体的气敏特性,与无光照时对比。结果表明,室温下,水热合成反应6h,500℃退火时,氧化锡纳米棒阵列对乙醇气体显示了较高灵敏性,365nm紫外光照射时,氧化锡气体灵敏度比无光照时大大提高,稳定性增强,响应和恢复时间缩短到5s以内。     

退火温度对TiO_2纳米薄膜酒精气敏特性影响的研究(英文)

采用直流磁控溅射的方法在Al2O3陶瓷管、硅基片上溅射制备了二氧化钛(TiO2)纳米薄膜材料.将薄膜样品放入管式退火炉中分别在500℃, 700℃和1100℃温度下退火.由于退火温度的不同,薄膜的晶体结构、晶粒尺寸、晶向以及气敏特性都有所不同.利用X射线衍射(XRD)技术和薄膜气敏特性测试,分析了退火温度对薄膜气敏特性的影响.分析结果表明退火温度在500℃时,呈现锐钛矿结构,薄膜具有很好的选择性、很短的反应(恢复)时间.对TiO2薄膜表面进行修饰,发现此TiO2薄膜的最佳工作温度为370℃左右.薄膜的气敏机理也得到了讨论.     

银纳米颗粒/多孔硅复合材料的制备与气敏性能研究

采用双槽电化学腐蚀法以电阻率为10-15 Ω·cm的p型<100>晶向的单晶硅片制备了孔径约为1.5 μm, 孔深约为15-20 μm的p型多孔硅, 并以此多孔硅作为基底采用无电沉积法通过调控沉积时间在其表面沉积了不同厚度的银纳米颗粒薄膜. 采用扫描电子显微镜和X 射线衍射仪表征了银纳米颗粒/多孔硅复合材料的形貌和微观结构, 结果表明银纳米颗粒较均匀的分布于多孔硅的表面上且沉积时间对产物的形貌有重要影响. 采用静态配气法在室温下研究了银纳米颗粒/多孔硅复合材料对NH₃的气敏性能. 气敏测试结果表明沉积时间对产物的气敏性能影响较大. 当沉积时间较短时, 适量银纳米颗粒掺杂的多孔硅复合材料由于其较高的比表面积以及特殊的形貌和结构, 对NH₃气体表现出较高的灵敏度、优良的响应/恢复性能. 室温下, 其对50 ppm 的NH₃气体的气敏灵敏度可以达到5.8左右.     

退火温度对纳米氧化铜湿敏性能的影响

湿度传感器在生产和生活中扮演着不容小觑的角色,越来越受到人们的广泛关注.本文利用低温液相法以氢氧化钠、过硫酸铵和铜粉为原料,成功制备出氧化铜纳米结构.运用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)等技术对材料的结构与形貌进行表征,发现可以通过退火温度来调控氧化铜纳米结构的表面形貌,进一步比较研究了不同退火温度下制备的纳米氧化铜的湿敏性能.并将CuO纳米材料涂敷在电极表面制成了湿敏元件.研究结果表明,元件的湿敏特性明显与材料的退火温度密切相关,在500℃退火获得的氧化铜纳米线灵敏度最高,达到1.93×10~5;湿滞最小,几乎为零;感湿频率特性曲线的线性度好.分析认为这主要是由于,退火温度500℃时,氧化铜呈现纳米线状结构,具有更大的表面积,增加了与水分子的接触面积,进而具有更佳的湿敏特性.     

Room temperature NO_2 gas sensing of Au-loaded tungsten oxide nanowires/porous silicon hybrid structure

In this work, we report an enhanced nitrogen dioxide(NO_2) gas sensor based on tungsten oxide(WO_3)nanowires/porous silicon(PS) decorated with gold(Au) nanoparticles. Au-loaded WO_3 nanowires with diameters of 10 nm–25 nm and lengths of 300 nm–500 nm are fabricated by the sputtering method on a porous silicon substrate. The high-resolution transmission electron microscopy(HRTEM) micrographs show that Au nanoparticles are uniformly distributed on the surfaces of WO_3 nanowires. The effect of the Au nanoparticles on the NO_2-sensing performance of WO_3 nanowires/porous silicon is investigated over a low concentration range of 0.2 ppm–5 ppm of NO_2 at room temperature(25℃). It is found that the 10-? Au-loaded WO_3 nanowires/porous silicon-based sensor possesses the highest gas response characteristic. The underlying mechanism of the enhanced sensing properties of the Au-loaded WO_3 nanowires/porous silicon is also discussed.     

Room temperature NO_2-sensing properties of hexagonal tungsten oxide nanorods

Hexagonal WO_3 nanorods were synthesized through a facile hydrothermal method. The nanorods properties were investigated by scanning electron microscope(SEM), transmission electron microscope(TEM), energy dispersive spectroscopy(EDS), and x-ray diffraction(XRD). The NO_2-sensing performances in terms of sensor response, response/recovery times and repeatability at room temperature were optimized by varying the heat treatment temperature of WO_3 nanorods. The optimized NO_2sensor(400-℃-annealed WO_3 nanorods) showed an ultra-high sensor response of 3.2 and short response time of 1 s to 5-ppm NO_2. In addition, the 400-℃-annealed sample exhibited more stable repeatability.Furthermore, dynamic responses measurements of annealed samples showed that all the annealed WO_3 nanorods sensors presented p-type behaviors. We suppose the p-type behavior of the WO_3 nanorods sensor to be that an inversion layer is formed in the space charge layer when the sensor is exposed to NO_2 at room temperature.Therefore, the 400-℃-annealed WO_3 nanorods sensor is one of the most energy conservation candidates to detect NO_2 at room temperature.     

Preparation and room temperature NO_2-sensing performances of porous silicon/V_2O_5nanorods

In this paper, porous silicon/V₂O₅ nanorod composites are prepared by a heating process of as-sputtered V film on porous silicon (PS) at 600 ℃ for different times (15, 30, and 45 min) in air. The morphologies and crystal structures of the samples are investigated by field emission scanning electron microscope (FESEM), x-ray diffractometer (XRD), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Raman spectrum (RS). An improved understanding of the growth process of V₂O₅ nanorods on PS is presented. The gas sensing properties of samples are measured for NO₂ gas of 0.25 ppm～3 ppm at 25 ℃. We investigate the effects of the annealing time on the NO₂-sensing performances of the samples. The sample obtained at 600 ℃ for 30 min exhibits a very strong response and fast response-recovery rate to ppm level NO₂, indicating a p-type semiconducting behavior. The XPS analysis reveals that the heating process for 30 min produces the biggest number of oxygen vacancies in the nanorods, which is highly beneficial to gas sensing. The significant NO₂ sensing performance of the sample obtained at 600 ℃ for 30 min probably is due to the strong amplification effect of the heterojunction between PS and V₂O₅ and a large number of oxygen vacancies in the nanorods.     

合成温度和N2/O2流量比对碳纤维衬底上生长的SnO2纳米线形貌及场发射性能影响

采用化学气相沉积法系统研究了合成温度和N₂/O₂流量对生长在碳纤维衬底上的SnO₂纳米线形貌及场发射性能的影响规律. 利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM), X射线衍射(XRD)及能谱仪(EDS)对产物细致表征, 结果表明, SnO₂纳米线长径比随反应温度的升高而增大; 随N₂/O₂流量比值的增大先增大后变小, 场发射测试表明, 合成温度780 ℃, N₂/O₂流量比为300 : 3 时SnO₂纳米线阵列具有最佳的场发射性能, 开启电场为1.03 V/μm, 场强增加到1.68 V/μm时, 发射电流密度达0.66 mA/cm², 亮度约2300 cd/m².     

Fabrication and Characterization of CuO nanowires on V-shaped Microgroove surfaces

This study developed a facile and scalable thermal oxidation method to prepare CuO nanowires on the electro-discharge machining (EDM) processed V-shaped microgrooves. The formation feasibility, surface morphology, and wetting properties of nanowires on V-shaped microgrooves were explored by the variation of thermal oxidation temperatures from 300 to 600 °C, and oxidation times from 2 h to 8 h. Nanowires were found to successfully synthesized on the V-shaped microgrooves surfaces when annealing temperature was 400 °C or higher. The microvoids or microcavities on the EDM processed V-shaped microgrooves surfaces contributed to the stress grain boundary (GB) diffusion of copper atoms, and facilitated the growth of nanowires. The diameter of nanowires increased monotonically when the annealing temperatures increased, whereas it almost kept unchanged with increasing annealing times. The length of nanowires was influenced positively by both annealing temperature and annealing time. All the nanowire samples showed hydrophobic properties of water.     

Ti掺杂W$lt;sub$gt;18$lt;/sub$gt;O$lt;sub$gt;49$lt;/sub$gt;纳米线的电子结构与NO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;敏感性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,通过理论建模,研究了Ti掺杂的非化学计量比W₁₈O₄₉纳米线的几何与能带结构以及电子态密度,并通过进一步计算NO₂/Ti-W₁₈O₄₉纳米线吸附体系的吸附能、电荷差分密度与电荷布居,分析了Ti掺杂W₁₈O₄₉纳米线的气体吸附与敏感性能. 计算发现,Ti掺杂改变了W₁₈O₄₉纳米线的表面电子结构,引入的额外的杂质态密度和费米能级附近能带结构的显著变化,使掺杂纳米线带隙与费米能级位置改变,纳米线导电性能增强. 吸附在W₁₈O₄₉纳米线表面的NO₂作为电子受体从纳米线导带夺取电子,导致纳米线电导降低,产生气体敏感响应. 与纯相W₁₈O₄₉纳米线相比,NO₂/Ti-W₁₈O₄₉纳米线吸附体系内部存在更多的电子转移,从理论上定量地反映了Ti掺杂对改善W₁₈O₄₉纳米线气敏灵敏度的有效性. 对Ti掺杂纳米线不同气体吸附体系电子布居的进一步计算表明,Ti掺杂纳米线对NO₂气体具有良好的灵敏度和选择性. 关键词： 密度泛函计算 Ti掺杂 18O₄₉纳米线')" href="#">W₁₈O₄₉纳米线 气敏     

EFFECT OF THERMAL TREATMENTS ON THE SUPERCONDUCTIVITY OF UNDOPED AND WO3 DOPED Y-Ba-Cu-O SYSTEM

Undoped and WO₃-doped Y-Ba-Cu-O ceramics have been slowly cooled in flowing oxygen or quenched in air from 900℃ to room temperature, after sintering at 900℃ for 3Oh in flowing oxygen. The ac susceptibility measurements show that the T_c of the quenched WO₃-doped Y-Ba-Gu-O superconductor can reach 88K, while the undoped Y-Ba-Cu-O ceramic quenched in air is a non-superconductor. X-ray diffraction data show that WO₃ does not enter into the YBa₂Cu₃O_7-x lattice but forms all impurity phase. The WO₃-doped YBCO specimens quenched in air consist of orthorhombic YBa₂Cu₃O_7-x phase and an impurity phase which increases with increasing WO₃ content. Raman spectra chow that oxygen contents are different for undoped and WO₃-doped samples. It la suggested that suitable doping with WO₃ can change the oxygen content and reduce the effect of thermal treatments on the superconductivity of Y-Ba-Cu-O system.     

正硅酸锂陶瓷小球离线释氚实验研究

中国氦冷球床包层(CH HCSB TBM)初步采用Li₄SiO₄陶瓷小球作为氚增殖材料,实验研究了Li₄SiO₄陶瓷小球的中子辐照产氚性能。将冷冻成型法制备的Li₄SiO₄ 陶瓷小球置于反应堆中辐照100min,然后在离线释氚实验平台上进行退火行为研究。实验结果表明,在用He +1% H₂为载气,流速为100mL•min^-1,升温速率为5K•min^-1的实验条件下,氚气(HT+T₂)是Li₄SiO₄陶瓷小球的主要释氚形态,占总氚的70%左右(不包括自由氚中的氚气),在400℃~700℃范围内出现两次释氚峰;氚化水(HTO+T₂O)所占比例小于20%,主要在300℃~500℃的低温段进行释放;氚在800℃前基本释放完,小球退火后的残氚量小于1%。冷冻成型干燥法制备的Li₄SiO₄陶瓷小球在300℃~700℃范围内有较好的释氚性能,氚残留量低,在聚变堆固态氚增殖包层设计中具有一定应用价值。