棉纤维在气敏传感领域的应用研究

首先,介绍了棉花和气敏传感器的研究现状;其次,围绕棉纤维及其制品具有可再生、易降解、气体通透性好、成本低等优点,重点介绍了棉纤维作为气敏传感材料模板、传感基底和传感材料前体物在气敏传感领域的应用;最后,对棉纤维在气敏传感器领域的应用研究进行了总结和展望.

锐钛矿型TiO_2(101)面吸附CO_2分子的光学气敏传感机理

对金属氧化物光学气敏传感材料TiO2的探索与应用是当前研究的热点问题。采用基于密度泛函理论(DFT)中的平面波超软赝势方法,模拟计算CO2分子在锐钛矿型TiO2(101)表面的吸附行为,对吸附能,吸附距离,电子态密度以及光学性质进行分析。结果表明:CO2分子在含O空位表面的吸附效果优于无氧空位表面,且表面O空位的浓度越高,吸附效果越明显;分子平行于表面放置模型的吸附能为正值,吸附后的结构稳定,且以O端吸附为主,为此,分子平行于表面放置O端吸附于含两个O空位表面为最可能吸附模型;对电子态密度分析发现,当最佳模型吸附稳定后,含O空位表面为P型杂质,又有CO2分子中的2p电子掺入,在费米能级附近出现新峰值,改善了TiO2材料的光学性质,体现出较好的光学气敏传感特性。

锐钛矿型氧化物XO_(2)(X=Ti,Sn,Zr,Ir)表面氧化性对NH_(3)气体光学气敏传感特性的影响

锐钛矿相金属氧化物XO_(2)(X=Ti,Sn,Zr,Ir)是具有传感特性的常见材料.光学气敏效应是指气体分子吸附在气敏传感材料上,与表面氧空位发生氧化还原反应,由于光学性质发生改变而检测出气体的成分和浓度,因此,氧化还原反应的强弱是反应传感性能的核心原因.本文采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析和计算了含氧空位的锐钛矿相XO_(2)(X=Ti,Sn,Zr,Ir)表面特性.通过以NH_(3)为目标分子,研究分子表面吸附引起的氧化还原反应的机理,分析不相同的氧化物表面的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等.研究发现:目标分子稳定吸附在氧化物表面后改变材料光学性质.SnO_(2)表面对分子的吸附能最大,IrO_(2)表面与分子的吸附距离最小.NH_(3)分子与表面间存在电荷转移,其转移电子数目大小为:IrO_(2)>TiO_(2)>ZrO_(2)>SnO_(2),氧化物表面氧化性的大小为:IrO_(2)氧空位>TiO_(2)氧空位>ZrO_(2)氧空位>SnO_(2)氧空位;比较吸收谱和反射谱发生变化最为明显的是TiO_(2)表面.结论,在可见光范围内,波长在400~530 nm时,SnO_(2)表面光学气敏传感效应更好.而在530~760 nm范围TiO_(2)表面光学气敏传感效应更好.

炭黑/聚合物气敏导电复合材料研究进展

综述了炭黑/聚合物导电复合材料作为气敏传感材料的研究,并按未处理炭黑/聚合物复合材料和接枝炭黑/聚合物复合材料进行分类,分别从结构组成、有机溶剂或蒸汽对复合材料的导电性能影响等方面进行了分析。

水热因素对ZnO纳米材料气敏性能的影响

通过水热法合成了不同形貌的氧化锌(ZnO)气敏传感材料,利用X射线衍射仪和热场发射扫描电子显微镜对其进行了结构表征和分析,研究了不同的水热因素对其形貌的影响。利用Agilent B2900A quick I/V测试软件测试了其对乙醇气体的敏感性。实验结果表明:前驱体浓度、反应时间和反应温度会对ZnO纳米棒的生长造成显著影响。在前驱体浓度为20 mmol/L、反应时间为8 h、反应温度为95℃的条件下进行水热反应能得到较高质量和良好长径比的纳米线。通过气敏性能测试发现该条件下制备的样品在使用叉指电极时响应度为79%,响应时间和恢复时间均为4 s,表明该条件下制备出的气敏传感材料具有良好的响应度、响应时间和恢复时间。

金红石相氧化物TiO_2,SnO_2和GeO_2表面氧化性对HCl气体光学气敏传感特性的影响

利用光学气敏材料吸附气体来检测气体成分及浓度,成为了大家的一个研究热点.采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了含氧空位金红石相TiO_2(110)表面,SnO_2(110)表面和GeO_2(110)表面吸附HCl气体后,表面结构的氧化性能、态密度、电荷分布、差分电荷密度以及光学性质,讨论吸附对光学气敏传感特性的影响.研究发现:HCl气体均易吸附于含氧空位金红石相TiO_2,SnO_2和GeO_2表面;且吸附后的稳定性为:TiO_2>SnO_2>GeO_2;氧化性是影响吸附能力和光学气敏传感性能的重要因素,HCl分子吸附于表面后其氧化性强弱为:TiO_2氧空位>SnO_2氧空位>GeO_2氧空位;从态密度和光学性质分析发现,含氧空位金红石相TiO_2(110)吸附HCl分子后,光学性质的改变最为明显,特别是对于500~700 nm的光,TiO_2具有很好的光学气敏传感效应,可作为一种较为理想的光学气敏传感材料.

H_2O分子在锐钛矿型TiO_2(101)表面的吸附特性与微观机理

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法,模拟计算H2O分子在锐钛矿型TiO2(101)无氧空位和有氧空位表面的吸附行为,对吸附能、吸附距离、吸附前后表面电子态密度以及光学性质分别进行分析,结果表明:H2O分子在无氧空位锐钛矿型TiO2(101)表面不容易被吸附,在含有氧空位缺陷的表面容易被吸附;稳定吸附后,H2O分子平面垂直于TiO2表面;负电中心(O端)距空位越近,吸附越稳定,且氧空位浓度越高,吸附效果越明显;通过电子态密度分析发现,H2O分子吸附于含氧空位的表面后,由于H2O分子中O原子的2p孤对电子掺入,新峰值在费米能级附近出现,提高了材料在可见光低能区域的跃迁几率,明显改善了对可见光的吸收系数和反射率,光学气敏传感特性显著.

基于VOCs传感器敏感材料的研究进展

挥发性有机化合物(Volatile organic compounds,VOCs)检测是环境治理的重要环节,而开发快速、灵敏的检测系统仍然面临挑战。基于智能系统的VOCs传感器能够实时监测空气中污染物浓度,从而严格把控排放标准,减小VOCs对环境和健康的影响。通过调控材料及构筑方法能够制成适用于识别和快速捕获VOCs的敏感元件,从而获得传感性能优越、安全可靠的气敏传感器。本文以敏感机制为出发点,介绍了聚合物、金属氧化物、复合材料及新材料作为敏感膜的研究进展,重点讨论了VOCs与敏感膜的相互作用机制。基于此,分析了提高VOCs检出浓度和响应速度的构筑方法。最后,展望了基于光学效应的光致发光型和手性向列型敏感膜材料在VOCs智能检测领域的前景和面临的挑战。