基于Ni-SnO2纳米颗粒的GS-PUF设计

气敏传感器具有气体识别、探测和监测等功能, 广泛应用于工业生产等领域, 但在泄漏预警时缺乏迅速识别和定位等功能. 本文基于传感器制备工艺偏差分析, 通过对传感器气敏机制的研究, 提出一种基于Ni-SnO2纳米颗粒的气敏传感器物理不可克隆函数(Gas Sensor-Physical Unclonable Function, GS-PUF)设计方案. 该方案利用掺杂Ni元素的方法, 结合静电喷雾沉积技术制备Ni-SnO2气敏传感器, 以获取更加稳定可靠的物理特征值, 然后采集气敏传感器对不同浓度下气体的响应数据, 最后利用随机阻值多位平衡算法比较不同组气敏传感器响应电信号值, 实现PUF数据输出. 制备每组样本可产生128位二进制数据的多组PUF样本, 进行对比实验. 结果表明, 所设计的GS-PUF具有气体泄漏源头识别定位的功能, 且随机性提升至99%, 唯一性达49.80%.     

锆基电位型CO传感器的制备及其响应性能研究

为提高CO传感器的灵敏度, 采用丝网印刷技术制备了一系列以钇稳定氧化锆为固体电解质、以ZnO材料中掺杂不同比例的In₂O₃为敏感电极、以Pt为参比电极的片式结构电位型CO传感器, 并于特定的工作条件下测试其对不同气体组分的响应性能. 结果表明, 当掺杂比例为质量分数0.3, 烧结温度为1200℃且工作温度为500℃时, 传感器对CO气体的响应值最大, 达到-59mV, 接近未掺杂前的2倍, 传感器的灵敏度有很大提高. 并为阐述传感器的敏感机理, 开展了相应的材料结构表征(XRD/SEM)和电化学催化活性(阻抗谱)测试研究.     

ZnO/WO_3微米球制备及其光催化性能研究

以醋酸锌和氧化钨(WO_3)为前躯体,通过液相溶胶凝胶法制备氧化锌/氧化钨(ZnO/WO_3)微米球光催化剂,利用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、紫外可见分光光度计等测试方法对样品形貌、组成和光吸收性能进行表征.以染料亚甲基蓝为目标降解物,在紫外光照射下,研究所制备样品的光催化活性.结果表明,W的加入可有效提高ZnO光催化活性.当ZnO中W掺杂浓度为4 mol%时,实验制备出的ZnO/WO_3微米球光催化剂的催化效果相对于其他浓度最好,通过紫外光光照仅需80 min即可使亚甲基蓝的降解率达95%.     

Ca~(2+)对电沉积制备的ZnO形貌及光电化学性能的影响

以Zn(NO3)2为前驱体溶液,考察了Ca2+离子对电沉积制备的ZnO薄膜形貌和光电化学性能的影响.X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)的结果表明,Ca2+离子使电沉积制备的ZnO薄膜从(002)面择优取向的六方柱阵列结构变成了随机取向的多孔片状结构.电子能谱(EDS)、紫外可见光吸收光谱(UV-Vis)和荧光光谱(PL)的结果表明,Ca2+未掺杂到ZnO晶格中.通过分析溶液中锌和钙元素的形态分布随溶液pH的变化,认为可能是Ca2+离子通过面选择性静电吸附在ZnO带负电的(002)晶面上,抑制了该晶面的生长,造成其形貌变化.光电化学性能和电化学阻抗谱结果表明,由多孔片状ZnO组成的光阳极具有更好的光电化学响应性能和界面电子转移效率.     

前驱体pH值的变化对铕掺杂氧化锌发光性能的影响

本文通过水热法成功地制备出Eu~(3+)掺杂ZnO(Eu/ZnO)材料,并研究了前驱体溶液的pH值对Eu/ZnO发光性能的影响.实验表明Eu~(3+)离子的引入会降低ZnO样品的结晶度,且能有效地降低ZnO的禁带宽度.由PL光谱可以观察到用325 nm的紫光能有效地激发Eu~(3+)离子的红光发射,Eu~(3+)和ZnO之间可以实现有效的能量转移.当前驱体溶液的pH值为5时,Eu/ZnO有很强的Eu~(3+)离子的红光发射;当溶液的pH值大于7时,则不能得到Eu~(3+)离子的红光发射.因此,前驱体溶液的酸碱性对Eu/ZnO材料的发光性能有很大的影响,通过调整前驱体溶液的pH值可以获得白光发射.这项研究为ZnO基质的白光发射材料研究打下了一定的基础.     

MgO-SnO2薄膜乙醇气敏元件的研制

采用真空镀锡膜、锡膜氧化，浸泡掺杂的方法研制了掺MgO的SnO2薄膜气敏元件，在对乙醇、丙酮等八种气体的测试结果表明：MgO-SnO2元件提高了对乙醇的灵敏度和选择性，而对其余气体的气敏特性同未掺杂元件相类似，实验发现，随着浸泡液浓度的增大，元件对乙醇的灵敏度并不是单调地随之增大，而是出现了一个峰值，实验还发现经Mg(NO3)2溶液处理过的元件对乙醇的灵敏度与乙醇浓度之间的线性关系大大拓宽，在敏感机理方面，提出了流过元件电泫I的公式，该公式可以较好地解释实验现象，利用化学方法在SnO2薄膜中掺入MgO，所制备的元件既克服了烧结型元件的缺点，又克服了薄膜元件物理方法掺杂时掺杂量难以控制的不足之处，为开发新型薄膜气敏元件作了一种尝试。     

光纤光栅压力传感器的增敏结构设计与实验研究

基于金属圆筒和高分子材料封装对光纤光栅的应力响应的增敏作用,设计了一种新的光纤光栅传感器结构,推导出了该传感器的压力增敏的数学模型,给出了该传感器的压力灵敏度系数与封装高分子材料参数和结构尺寸参数之间的数学表达式,通过实验测出其压力灵敏度为-5.02×10^-3/MPa,比裸光纤光栅的压力灵敏度（-2.78×10^-6/MPa）提高了1 800倍.对于这种基于金属圆筒和高分子材料封装结构的应力增敏模型,通过调节金属圆筒的尺寸、高分子材料的直径、杨氏弹性模量、泊松比等参数可方便地改变和调整传感器的压力灵敏度,以适应不同的场合.     

ZnO纳米棒有序阵列的制备及其AFM表征

采用种子层辅助水热生长法制备了ZnO纳米棒有序阵列.将ZnO溶胶旋涂到玻片上,通过煅烧得到晶种,然后将载有晶种的玻片放入含有硝酸锌和六亚甲基四胺的反应釜里,经过水热反应得到垂直于玻片生长的ZnO纳米棒有序阵列.利用原子力显微镜(AFM)观测样品表面形貌并定量分析ZnO纳米棒的长度、直径和生长密度.结果表明,当旋涂转速为4 000r/min,旋涂次数为3次时所得到的ZnO晶种分布均匀,排列紧密,平均粒径为24.3nm.当反应物浓度为0.025mol/L,反应时间为3h,反应温度为90℃时,制备的ZnO纳米棒呈有序阵列,其中纳米棒的长度为164.4nm,直径为104.1nm,生长密度为64.7根/μm2.     

单质碘掺杂纳米TiO2光催化剂的制备及性能

以钛酸四异丙酯和单质碘为起始原料,用改进的溶胶-凝胶法制备了掺碘的纳米TiO2的前驱体,经500 ℃煅烧得到棕黄色TiO2/I2纳米粉末.采用X射线衍射(XRD),紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱,透射电镜(TEM)等手段对TiO2/I2粉末进行了表征,并研究了其光催化性能.结果表明,掺杂的碘存在于TiO2内部纳米孔洞中,不会因为高温而被氧化;光催化降解甲基橙反应是一级反应;TiO2掺杂碘单质后对光响应波长拓展至可见光范围,对甲基橙的降解效率可提高15%以上.     

掺Fe2O3的ZnO压敏性能

在一定成型压力和烧结温度下掺杂浓度对掺Fe2O3的ZnO陶瓷的致密度和压敏性能的影响研究.得到以下结果:(1)在1 000 ℃,ZnO与Fe2O3固相反应生成ZnFe2O4,在1 200 ℃ZnO陶瓷完全致密化;(2)在优化工艺参数后,研究了在ZnO中掺杂不同浓度的Fe2O3 的电阻率,只有在一定电阻率范围内才具有压敏效应.随Fe2O3掺杂含量升高,电阻率在0.1%at达到极大值,而后降低,在2%at以后电阻率急剧升高,压敏效应增大,在4%at时阈值电压为92伏,非线性最好.过高的掺杂浓度(>5%at)导致绝缘相厚度过大而没有压敏效应;(3)Fe2O3掺4%at后,烧结温度超过1 200 ℃时,由于ZnFe2O4相分解产生载流子浓度增大使电阻率下降.     

ZnO柱撑有机皂石对聚乳酸结晶性能的影响

采用微波水解法制备ZnO柱撑皂石,通过十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)有机改性制备ZnO柱撑有机皂石,并以其为助剂通过熔融插层法制备了聚乳酸(PLA)/ZnO柱撑有机皂石纳米复合材料.X射线衍射(XRD)及红外光谱分析(FT-IR)表明皂石层状结构被剥离形成了纳米级皂石层片且有机改性效果良好.采用Avrami法对PLA/ZnO柱撑有机皂石纳米复合材料的非等温结晶动力学进行了分析,结果表明:ZnO柱撑有机皂石缩短了PLA的半结晶周期(t1/2),提高了PLA的结晶速率,PLA晶体以二维或三维的方式增长.     

ZnS:Mn2+掺杂型纳米晶应用于Cd2+的荧光测定

以巯基乙酸为表面修饰剂制备了稳定性和水溶性均优的掺杂型ZnS:Mn2+纳米晶溶胶并应用于金属Cd2+的检测。在pH7.7的Tris-HCl缓冲介质中,Cd2+的加入使ZnS:Mn2+体系的荧光显著增强,强度变化与Cd2+的浓度呈良好的线性关系,其线性范围为5.0×10-7-8.9×10-5mol.L-1,方法检测下限为3.     

水热法在不同衬底下制备纳米ZnO材料

以氯化锌(ZnCl2)和25%浓度氨水(NH3·H2O)为原料,采用水热法制备了 ZnO纳米材料.比较了ZnO纳米材料在铜和硅不同衬底上的区别和衬底垂直放置与底部水平放置时的区别,以及垂直放置时随垂直高度的不同产生的变化.借助于X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等测试手段.对其结构、形貌进行了分析研究.研究结果表明,相对于硅,铜衬底上更容易生长出取向一致、结品良好的ZnO纳米棒结构.根据生长环境中气体的氛围和压力对乖直于衬底方向上生长的ZnO造成的影响,提出了水热法制备ZnO纳米材料的生长机理.     

ZnO纳米结构的电化学法可控生长及其机理

以溶胶-凝胶法制备c轴取向为主的ZnO薄膜作缓冲层,采用阴极电化学沉积技术制备高c轴取向ZnO纳米结构.在0.7 mA/cm2的恒定电流密度下生长出直径约50 nm、密度为2.5×107mm-2的垂直向上的ZnO纳米杆阵列,通过逐渐增大电流密度(0.4~0.9 mA/cm2)或逐渐减小电流密度(0.9~0.4 mA/cm2)分别研制出直径逐渐变小或变大的纳米杆阵列,实现了纳米杆形貌、尺寸的可控生长.c轴择优取向的同质ZnO缓冲层既为纳米杆的定向生长提供了形核中心又减小了纳米杆的晶格失配度,有ZnO缓冲层样品的强紫外光发射和较弱的与缺陷相关的可见光发射的光致发光结果证实了缓冲层对提高样品晶体质量的重要作用.     

电子束蒸发制备ZnO薄膜及其晶体结构和电学性质

采用电子束蒸发法制备了ZnO薄膜。研究了退火温度及衬底对薄膜的结晶状况以及电学性质的影响．X射线衍射测试结果表明。相同蒸发条件下制备的ZnO薄膜，硅(100)衬底上薄膜晶粒尺寸为73nm。结晶情况明显好于陶瓷和玻璃衬底上的薄膜．退火之后，各种衬底上薄膜的结晶情况相对未退火时都有明显好转；400℃退火时。薄膜逐渐结晶；600℃退火时，ZnO薄膜体现良好的择优生长的趋势，晶粒长大，晶化程度提高，大部分晶粒发生了织构．在400℃退火后。掺入Al2O3的薄膜和未掺杂的ZnO薄膜的电阻率下降了一个多数量级，但掺入MgO的薄膜电阻率变大。这是由于MgO掺杂起到了补偿作用，掺入MgO有可能实现ZnO薄膜的P型掺杂．     

Co_3O_4/BiOI复合催化剂的制备及其光催化性能

考察了两种方法制备的BiOI光催化剂,结果显示溶剂热法制备的BiOI比液相沉淀法制备的BiOI具有更好的光催化活性.然后,以溶剂热法制备的BiOI采用浸渍法制备了CoOx/BiOI复合催化剂,用X射线衍射(XRD)、紫外-可见(UV-vis)漫反射光谱、透射电子显微镜(TEM)等手段对其进行了表征,探讨了煅烧温度,煅烧时间以及Co掺杂量对其光催化性能的影响.结果显示:在300℃煅烧2h,Co的掺杂量为2.0%(Co/BiOI)的条件下,CoOx/BiOI复合物紫外光催化活性最高.结构研究表明,Co是以Co3O4的形式呈针状分布在团聚后的BiOI的表面,这有效地促进了BiOI的光催化性能.     

多壁碳纳米管/纳米金/二茂铁纳米复合材料的制备及应用

合成了多壁碳纳米管/纳米金/羧基二茂铁(MWNTs/Au NPs/FMC)纳米复合材料,以壳聚糖(CS)为固定基质,制备了新型葡萄糖生物传感器。采用电化学方法对其性能进行了研究。结果表明,该传感器具有灵敏度高、响应快、性能稳定等特点,对葡萄糖响应的线性范围为0.01~2.5 mmol.L-1,检出限     

铁掺杂氮化碳的制备及其可见光催化性能

以尿素和硝酸铁为原料,采用浸渍法制备了不同Fe掺杂量的氮化碳复合催化剂,通过X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱等分析手段对催化剂进行了表征.结果表明,Fe的引入并未改变氮化碳的石墨相结构,且有效降低了氮化碳催化剂的禁带宽度,拓宽了催化剂对可见光的响应范围,提高了催化剂对可见光的利用率.光催化降解甲基橙(MO)的结果表明,不同Fe掺杂量复合催化剂的光催化活性明显优于单纯的氮化碳催化剂,其中以硝酸铁与氮化碳质量比为15%的掺杂量为最佳,反应6h降解率达到81.7%,4次循环使用后,催化剂稳定性较好.此外,该体系的光催化机理研究表明,O·-2是光催化体系中的主要活性物种.     

Li掺杂对ZnO陶瓷结构与电学性能的影响

研究了用传统方法在1200～1400℃烧结的ZnO陶瓷，以及用放电等离子体烧结(SPS)方法烧结的ZnO陶瓷的结构特征与电学性能。以ZnO为基添加了不同浓度的LiOH，制备了不同Li掺杂浓度的ZnO陶瓷。研究了掺杂、烧结温度，以及烧结方法等因素对ZnO基陶瓷的微观结构、电学性能的影响。实验表明，用传统方法烧结时，ZnO在烧结温度低于1400℃的情况下难以成瓷，而放电等离子体烧结(SPS)方法可以显著降低烧结温度。ZnO陶瓷的晶粒大小。密度随着烧结温度的增大而增大。在同样的烧结温度下，LiOH含量越大，ZnO基陶瓷的电阻率越大。     

N掺杂多孔生物炭材料的制备及电Fenton法降解染料X3B

以花生壳为原料,采用水热炭化和ZnCl2熔盐活化法制备了一种新型N掺杂多孔生物炭材料.性能测试结果显示:熔盐活化法制备的生物炭比表面积(最大950 m2/g)均远大于未经活化的生物炭比表面积(307 m2/g);花生壳生物炭中存在吡啶-N和石墨-N.水热炭与ZnCl2质量比为1:3时制得的材料表现出良好的电化学性能,最...