电场条件下氧化锌结晶特性及极化产物的拉曼光谱分析

开展高压电场调控纳米材料结构形貌和性能研究在功能材料领域具有重要的理论和实际意义.本文在高压电场条件下合成了氧化锌纳米粉体,并对粉末试片进行了后期电场极化处理,研究了电场对氧化锌的结构形貌、点缺陷、拉曼光谱的影响.以X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和拉曼光谱仪对产物的结构形貌、拉曼位移、缺陷分布等进行了表征.结果表明,高压电场条件下氧化锌的完全晶化时间和温度比未施加电场时明显延长和升高,直流电场能够显著促进前驱物中氧化锌的形核,并降低晶化速度.不同电场强度下氧化锌具有不同的显微形貌.纳米氧化锌粉末试片在直流电场中极化后,其阴极面和阳极面的拉曼光谱表现出明显的差异.有明显漏电电流的情况下,阳极面在1050 cm~(–1)处的二级光学声子模A_1(LO)的强度显著提高,且拉曼强度I_1=438 cm~(–1)和I_2=1050 cm~(–1)的比值与极化电场的场强呈线性关系.当调转试片正反面进行二次极化时,原来在阳极面尖锐的1050 cm~(–1)峰经过阴极极化而消失.阳极面1050 cm~(–1)拉曼峰的锐化与氧化锌晶粒内的缺陷重新分布和双肖脱基势垒有关.     

LED光激活氧化锌纳米棒的乙醇气敏特性

利用水热法制备了氧化锌纳米棒材料,分析表征了样品的形貌及晶体结构特征,并测试了氧化锌纳米棒的光致发光谱。在室温条件下,研究了ZnO 纳米棒在不同波长的发光二极管(LED)光激发下对乙醇气体的气敏特性。结果表明:波长小于405 nm的紫外光对氧化锌纳米棒的气敏特性有着显著的影响,光致载流子对氧化锌的气敏特性有重要作用。分析讨论了室温下光激活纳米氧化锌气敏的机理。     

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.     

Co3O4掺杂SnO2体系的乙醇和丙酮气敏特性

通过研磨、涂浆和700 ℃ 烧结3 h的方法， 得到了一系列Co3O4掺杂的SnO2纳米颗粒厚膜． 发现在300 ℃ 的工作温度下复合膜对乙醇和丙酮表现了很好的气敏性质， 尤其是在摩尔比Co/Sn为5%时效果达到最好． 对1000 ppm的乙醇和丙酮的灵敏度分别为301和200，为没有Co掺杂时的SnO2时的7倍和5倍．同时，Co3O4的掺杂没有使得对H2的灵敏度有很大的提高，即提高了乙醇和丙酮对氢气的选择性．最后讨论了提高气敏性能的机制．     

光纤传感材料SnO2的气敏光反射特性研究

作者研究了二氧化锡的气敏光反射特性,测量了它在乙醇,氨,丙酮气体中的浓度与气敏反射光谱关系,发现它对氨气的气敏光谱波长灵敏范围最大,而且不同波长有不同的灵敏度。解释SnO₂气敏光反射机理。     

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.     

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.     

纳米晶HoFeO3的合成及其气敏性能研究

为开发新型具有高性能的气敏材料 ,以Ho2 O3 、Fe(NO3) 3·9H2 O、硝酸 (1∶1)为原料 ,在柠檬酸体系中 ,用溶胶凝胶法合成了具有钙钛矿结构的稀土复合氧化物HoFeO3;用XRD、TEM对产物的组成、粒径大小、形貌进行了表征 .结果表明 ,产物为纳米颗粒 ,平均粒径为 2 5nm左右 ,且为颗粒均匀的圆球形 .另外 ,在最佳工作温度为3 10℃时 ,采用静态配气法测试了材料的气敏性能 ,发现HoFeO3 对体积分数为 0 .5 的乙醇的灵敏度高达 10 3 ,高出其它被测气体 5倍以上 ,因此 ,HoFeO3 对乙醇有较好的灵敏度和抗干扰能力 .且元件的响应恢复特性良好 ,响应时间和恢复时间分别为 12和 7s     

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。     

基于里德堡原子的电场测量

里德堡原子具有大的极化率、低的场电离阈值和大的电偶极矩,对外部电磁场十分敏感,可以用来测量电场强度特别是微波电场的强度. 利用里德堡原子的量子干涉效应(电磁诱导透明和Autler-Townes效应)测量微波电场强度的灵敏度远高于传统采用偶极天线测量微波电场的灵敏度. 此外,里德堡原子电场计 可以溯源到标准物理量,不需要额外校准; 采用玻璃探头,对待测电场干扰少; 灵敏度也不依赖于探头的物理尺寸. 同时,该电场计还可以实现对微波电场的偏振方向的测量, 实现亚波长和近场区域电场成像与测量. 通过选择不同的里德堡能级,可以实现1-500 GHz超宽频段范围内微波电场强度的测量. 主要综述基于里德堡原子的电场精密测量研究, 详细介绍了里德堡原子电场计的原理与实验进展, 并简单讨论了其发展方向.     

单根Sb掺杂ZnO微米线非平衡电桥式气敏传感器的制作与性能

通过使用化学气相沉积法,成功制备出超长、大尺寸的Sb掺杂ZnO微米线.基于非平衡电桥原理,利用单根Sb掺杂ZnO微米线作为非平衡电桥的一个桥臂,制作出了可以在室温环境下工作的气敏传感器原型器件.结果表明:室温下测得该传感器对20,50,100和200 ppm(1 ppm=10^-6)不同浓度的丙酮及乙醇气体的响应-恢复曲线均呈现为矩形形状,在空气及被测气体中均有稳定的电流值,并随着探测气体浓度的增大,器件的响应值也在逐渐增加.此外,还发现器件对丙酮气体具有更好的选择性,当丙酮气体浓度为200 ppm时,该传感器的响应时间为0.2 s,恢复时间为0.3 s,响应度高达243%.通过与普通电导式气敏传感器对比发现,采用这种非平衡电桥结构传感器可以明显地提高响应度,使响应和恢复时间更快.此外,还研究了器件的气体探测机理.     

Optical and room temperature sensing properties of highly oxygen deficient flower-like ZnO nanostructures

Oxygen deficient zinc oxide (ZnO) thin films were deposited electrochemically on glass substrates which are pre-sputtered with pure zinc (Zn) metal. Well-arranged flower-like nanostructures are observed from the SEM micrographs. The purity and crystallinity of the deposited films were confirmed from X-ray diffraction studies supported by Raman studies. The broad and intense defect induced green emission confirms the high oxygen deficiency in the nanostructures. The flower-like structures as well as the oxygen defects present in the system are indeed very suitable for gas and chemical sensing applications. These films were used for room temperature sensing of three different chemicals viz. acetone, ethanol and ammonia. The sensor was found to be insensitive to the change in different concentrations of acetone while it was found to be sensitive to different concentrations of ethanol and ammonia. The sensor is most suitable for sensing ammonia at room temperature.     

Sn掺杂ZnO薄膜的室温气敏性能及其气敏机理

采用化学气相沉积方法在预制好电极的玻璃基底上制备出Sn掺杂ZnO薄膜和纯ZnO薄膜. 两种样品典型的形貌为四足状ZnO晶须, 其直径约为150-400 nm, 呈疏松状结构. 气敏测试结果显示Sn掺杂ZnO薄膜具有优良的室温气敏性, 并对乙醇具有良好的气敏选择性, 而纯ZnO薄膜在室温条件下对乙醇和丙酮均没有气敏响应. X射线衍射结果表明两种样品均为六方纤锌矿结构. Sn掺杂ZnO样品中没有出现Sn及其氧化物的衍射峰, 其衍射结果与纯ZnO样品对比, 衍射峰向小角度偏移. 光致发光结果表明, Sn掺杂ZnO薄膜与纯ZnO薄膜均出现紫外发光峰和缺陷发光峰, 但是Sn的掺杂使得ZnO的缺陷发光峰明显增强. 将Sn掺杂ZnO样品在空气中退火后, 其室温气敏性消失, 说明Sn掺杂ZnO样品的室温气敏性可能与其缺陷含量高有关. 采用自由电子散射模型解释了Sn掺杂ZnO薄膜的室温气敏机理.     

Deposition and microstructure characterization of atmospheric plasma-sprayed ZnO coatings for NO2 detection

This work studied the possibility of using a sensor based on plasma-sprayed zinc oxide (ZnO) sensitive layer for NO₂ detection. The atmospheric plasma spray process was employed to deposit ZnO gas sensing layer and the obtained coating structure was characterized by scanning electron microscopy and X-ray diffraction analysis. The influences of gas concentration, working temperature, water vapor in testing air on NO₂ sensing performance of the ZnO sensors were studied. ZnO sensors showed a good sensor response and selectivity to NO₂ at an optimal working temperature.     

Optical and electro-catalytic properties of bundled ZnO nanowires grown on a ITO substrate

Bundled wurtzite zinc oxide (ZnO) nanowires were fabricated in a facile manner on an ITO-conducting substrate via a microemulsion route without using any hard template or external electric/magnetic field. Structure and properties of the as-prepared ZnO electrode were investigated using scanning electron microscopy, X-ray diffraction, photoluminescence, Raman spectroscopy, as well as electrochemical tests. The ZnO electrode shows excellent optical and electrocatalytic ability, which may find further applications such as optoelectronics or as sensors as well as other modern industrial areas.     

Nanocrystalline ZnO coated fiber optic sensor for ammonia gas detection

A cladding modified fiber optic sensor coated with nanocrystalline ZnO is proposed for ammonia gas detection. As-prepared and annealed zinc oxide (500 and 1200 °C) samples are used as the gas sensing media. The spectral characteristics of the fiber optic gas sensor are studied for various concentrations of ammonia (0–500 ppm). The sensor exhibits linear variation in the spectral peak intensity with the ammonia concentration. The characteristics of the sensor when exposed to ethanol and methanol gases are also studied for gas selectivity. The time response characteristics of the sensor are reported.