超声膨胀纳米团簇束流沉积SnO2薄膜的氢敏性能研究

氢能源发展如火如荼,氢燃料电池、高压储氢等技术蓬勃发展,但氢气传感器发展却相对落后,主要原因是现有制备手段难以获得兼具小晶粒尺寸和高疏松度的敏感薄膜。论文采用超声膨胀团簇束沉积技术制备了高度疏松的氧化锡薄膜,并研究了退火温度对其表面形貌、结晶度、晶粒尺寸以及化学组分的影响。结果表明,未退火样品氧含量低对氢气没有响应。250℃退火样品为非晶薄膜且保持了较高的疏松度,因此对氢气响应最快且幅值最高,但电阻过高难以实用。500℃退火样品表面吸附氧物种过多导致氢敏性能较差。750℃退火样品具有最佳的综合性能,且在高湿度下氢敏性能可进一步提升,因此,特别适合在氢燃料电池汽车中作为氢气安全传感器使用。

TiO_2/PtO-Pt复合膜和SnO_2/PtO-Pt复合膜氢敏性能的研究

将PtO Pt纳米粒子膜与TiO2 ,SnO2 纳米粒子膜复合 ,利用PtO Pt纳米粒子膜作为插入电极和催化剂 ,设计并研制出一类新型双层结构复合膜气体传感器 .采用TEM和SEM对薄膜的显微结构进行了表征 .对空气中 4 0 %H2 的氢敏性能研究表明 :2 0 0℃时 ,TiO2 /PtO Pt复合膜对氢气的灵敏度为 70 % ,而TiO2 纳米粒子膜无响应 .10 0℃时 ,SnO2 /PtO Pt复合膜的灵敏度为 92 % ,同样条件下 ,SnO2 纳米粒子膜的灵敏度仅为 4% .说明PtO Pt纳米粒子膜的催化作用能够显著提高TiO2 和SnO2 膜的氢敏性能 .另外 ,TiO2 /PtO Pt复合膜和SnO2 /PtO Pt复合膜均对空气中H2

贵金属Pd离子掺杂纳米ZnSnO_3的氢敏性能及掺杂机理

为了提高ZnSnO3的氢敏性能,以共沉淀法制备ZnSnO3并对其进行了贵金属Pd2+掺杂.采用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)及透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)对制备的气敏材料进行结构及形貌表征,并使用静态配气法测试了掺杂前后ZnSnO3的氢敏性能.结果表明:掺杂Pd2+可显著提高ZnSnO3的氢敏性能.在工作温度为240℃、浓度为300×10-6的条件下,Pd2+掺杂纳米ZnSnO3对氢气的灵敏度为12,是未掺杂时的3倍.基于第一性原理探讨气敏机理,计算结果表明:Pd2+掺杂改变了ZnSnO3能带间的电子运动状态,使ZnSnO3费米能级由0.725 eV移动到1.035 eV,在费米能级附近产生新的电子峰,使其电导性能在气敏反应过程中改变更为明显.Pd2+掺杂还使ZnSnO3表面吸附氧的能力显著增加,对提高氢敏性能起到了关键作用.

热处理温度对Pt-WO3薄膜结构和氢敏性能的影响

以钨粉和双氧水为主要原料，采用溶胶-凝胶法及旋转涂膜技术在K9玻璃上制备了WO3纳米薄膜，然后用磁控溅射法在该WO3薄膜表面溅射掺杂了Pt作催化剂。将此Pt—WO3薄膜分别在100～500℃的氮气环境中进行热处理，用XRD，AFM，分光光度计等观察了薄膜的结构和表面形貌，分析了薄膜的微观结构及热处理温度和催化剂含量对薄膜的结构和氢敏性能的影响。结果表明，薄膜经400℃以下热处理后是非晶态结构，表面疏松多孔，透光率较高，氢敏效果好；经400℃以上热处理后呈晶态结构，表面粗糙致密，透光率较低，氢敏效果差；催化剂Pt的含量对薄膜的氢敏效果有影响，当含量为5％（质量分数）时，Pt—WO3薄膜的氢敏感性能较好。

二氧化锡包覆多壁碳纳米管的室温氢敏性能

采用SnCl2溶液法制备二氧化锡包覆多壁碳纳米管(SnO2coated multi-wall carbon nanotubes,SnO2/MWCNTs),研究了SnO2/MWCNTs的室温氢敏性能。SEM和TEM形貌观察表明:粒径5nm的SnO2均匀包覆在MWCNTs表面,并形成连续的包覆层。氢敏性能测试表明:SnO2/MWCNTs材料具有室温氢敏性能,可以实现体积浓度0.01%氢气的检测。在对0.1%氢/氩混合气的室温氢敏测试中发现,当通入空气后出现电流反向波动的现象,这是由于空气中的O2与样品周围的H2生成H2O并吸附在SnO2表面,降低了SnO2/MWCNTs的电阻,随后由于O的竞争吸附,HO又脱附所导致。这一电流反向波动现象暗示SnO/MWCNTs具有室温湿敏性能。

介孔二氧化锡薄膜的制备及其氢敏性能研究

以三嵌段共聚物F127为模板剂,加入浓盐酸抑制水解,通过溶剂挥发诱导自组装,旋涂后在高湿度下干燥制备介孔SnO 2薄膜,并通过掺Pd进一步提高其氢敏性能。利用X射线衍射(XRD)、比表面积与孔径分析和透射电镜(TEM)研究材料的结构与形貌,通过恒流配气法,测试其氢敏性能。结果表明:介孔SnO2粒径约为6.38 nm,比表面积为84.62 m^2/g,孔容为0.174 cm^3/g,平均孔径为5.6 nm。在200℃,对体积分数2×10^-3的H2灵敏度为76,掺杂Pd后提高至191.6,具有优秀的氢敏性能。

纳米结构Pt/WO_3薄膜的制备、表征及氢敏性能

以钨粉和双氧水为主要原料,采用溶胶-凝胶法制备了WO3纳米薄膜,并用磁控溅射法在该WO3薄膜表面溅射掺杂了催化剂Pt。研究了该Pt/WO3纳米薄膜的结构和氢敏性能,结果表明,用此种方法制备的WO3基掺Pt薄膜具有良好的氢敏特性;平均膜厚160nm;薄膜经400℃以下退火处理后是非晶态结构,表面疏松多孔,氢敏效果好;经400℃以上退火处理后呈晶态结构,表面粗糙致密,氢敏效果差;Pt掺杂量对薄膜的氢敏效果有影响,掺杂量越多,氢敏效果越差。

钯镍合金纳米粒子包覆碳纤维氢敏感材料的制备及性能

采用'0.5V的沉积电位在碳纤维基底上沉积出尺寸可控的含镍8.5%Pd-Ni合金纳米粒子,可用于传感氢气.钯镍合金纳米粒子的尺寸对传感器的性能有影响,180nm的钯镍合金纳米粒子的氢敏感性能好,在0～6%的氢环境中,其响应电流随浓度的增大而增加,在氢气体积分数为6%的氢气中,灵敏度可达38.35%.

Pt/WO_3光纤光栅氢气传感器改性研究

将优化制备工艺的Pt/WO3薄膜与增敏的光纤光栅相结合制备氢气传感器探头,使传感器的性能得到大幅改进.氢敏测试实验结果表明:经过315℃热处理铂钨比为1∶5的Pt/WO3薄膜具有更好的氢气响应能力;经过施加轴向预应力结构增敏的光纤光栅温度灵敏度为16.3pm/℃,大约是裸光栅的两倍;改性后的光纤光栅氢气传感器在氢气浓度为10 000ppm、2 000ppm、400ppm时,中心波长漂移量分别对应为720pm、115pm、20pm,并在1min内达到最大漂移值,氢气浓度每变化0.01%,波长漂移分别达到7.2pm、5.7pm、5pm,氢气最低检测极限可达到0.04%.

基于Co_(3)O_(4)/WO_(3)复合纳米材料的氢气泄漏传感器技术研究

为提高基于WO_(3)纳米材料的气体传感器的氢敏性能,通过物理混合、负载和掺杂的方法制备了3种基于Co_(3)O_(4)/WO_(3)复合气敏材料的氢气传感器,并对其响应机理和分散模型进行了探究。其中基于Co掺杂WO_(3)复合气敏材料的氢气传感器的性能最佳:在工作温度为230℃时,1%的氢气响应值可达50%,响应时间仅约6 s,同时具有良好的选择性,对甲烷、丁烷以及一些有机蒸气(甲醇、乙醇)响应较差。因此,基于Co掺杂WO_(3)复合气敏材料的氢气传感器十分适合检测加油加氢混合站的氢气泄漏。