基于HTCC工艺的电化学NO2气体传感器设计与测试

采用高温共烧陶瓷(HTCC)工艺,以氧化锆陶瓷、导电金属浆料、室温离子液体为主要原料,制作了一种电化学NO 2气体传感器,并对该传感器电极的电化学性能、传感器的输出和响应特性等进行了研究.结果表明:实验所用室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐适合作为该电化学NO 2传感器的电解液,适宜的工作电压为1.2 V;该传感器的检测范围为0~0.010%(体积分数)时,精度为1.5%FS;该传感器的响应时间(τ90)为25 s,优于传统腔室类电化学气体传感器.

云南13种乡土绿化树种对SO_2、NO_2气体反应的研究

采用人工模拟熏气的方法,研究了13种云南乡土绿化树种对城市SO2、NO2有害气体的反应。结果表明:云南红豆杉、长梗润楠、翠柏、滇润楠、麻栗坡含笑、南亚含笑、山玉兰对SO2气体的抗性弱,而云南含笑、脉叶虎皮楠、川滇三角枫对SO2气体的抗性最强,灯台树、川滇三角枫净化SO2的能力较强,其净化量分别为300mg.kg-1、700 mg.kg-1。NO2浓度为1.0 mg.m-3时,长梗润楠、云南含笑、云南拟单性木兰、云南红豆杉、麻栗坡含笑、灯台树叶片的N净化量依次为2 000 mg.kg-1、1 100 mg.kg-1、1 700 mg.kg-1、2 300 mg.kg-1、1 200 mg.kg-1、13 100 mg.kg-1。经综合比较:川滇三角枫对SO2气体具有较好的抗性和净化能力,而对NO2气体具有较好的抗性;云南含笑、云南拟单性木兰、脉叶虎皮楠等树种对SO2、NO2气体具有较好的抗性和净化能力。

MWCNT-WO_3薄膜双声路SAW NO_2气体传感器

以金属钨粉,H2O2,CH3OH和多壁碳纳米管(MWCNT)为原料,在双声路声表面波(SAW)器件的测量声路上制作了MWCNT-WO3薄膜,提出并实现了一种MWCNT-WO3薄膜双声路SAW NO2气体传感器。由于MWCNT和WO3对NO2气体都有敏感作用,而且碳纳米管的毛细作用、以及MWCNT的加入都增加了气体的接触面积,提高了NO2气体的吸附和敏感作用。同时,SAW器件的双声路结构消除了由于外界测量条件改变引起的测量误差,也进一步提高了传感器的可靠性和准确性。实验结果表明,该传感器对各种浓度的NO2气体具有好的响应特性,在31.2×10-9到20×10-6范围内,传感器的响应灵敏度为9.8kHz/1×10-6,比单一MWCNT或WO3薄膜对NO2气体具有更好的灵敏度和线性特性。

NO_2气体对丝织品文物影响的实验研究

空气中的NO2气体对丝织品文物有一定的危害作用。以白坯及天然染料染色的丝织品为试样,研究分析了在50mg/L的NO2气体中,试样在不同实验条件下的变化,并进行了色差分析、红外分析、氨基酸含量分析及XRD等分析表征。实验结果表明,在50mg/L的NO2气体下白坯试样及染色试样的颜色均发生改变;先干热老化再在50mg/L的NO2气体下实验试样的变化影响要大于先湿热老化再在50mg/L的NO2气体下实验的丝织品试样,且随实验时间延长,变化越来越明显;50mg/L的NO2气体对丝织品试样的氨基酸含量影响较为明显,其中丙氨酸含量变化最大;先经湿热、干热老化实验后丝织品结晶度变大,老化程度变高。

化学发光法检测空气中NO_2研究

以0.2%的三乙醇胺水溶液作为二氧化氮吸收液,将空气中二氧化氮转化为亚硝酸盐,进而测出空气中二氧化氮的浓度。通过实验发现,进样方式、载流速度、硫酸浓度、溴酸钾浓度和酸性铬蓝K的浓度对该体系的发光强度都有影响,确定了体系的最优条件,建立了标准曲线,亚硝酸根的浓度在6.0×10-9～1.0×10-5mol/L范围内分段有很好的线性关系,检出限为8.5×10-11mol/L。对1.0×10-8mol/L和1.0×10-6mol/L的亚硝酸根进行11次平行测定,相对标准偏差分别为1.8%和2.2%。用该方法对氧化剂实验室空气中的二氧化氮含量进行了检测并进行标准加入和回收实验,回收率在95%～104%之间,该法可用于大气环境中的NO2测定。

PPy-CeO_2复合薄膜柔性NO_2传感器的制备与气敏特性研究

以吡咯(Py)单体为前驱液,六水合三氯化铁(FeCl_3·6H_2O)为氧化剂,通过化学氧化聚合法与自组装相结合工艺在柔性聚酰亚胺(PI)衬底上制备聚吡咯-二氧化铈(PPy-CeO_2)复合薄膜。通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及X射线衍射(XRD)、X射线电子能谱分析(XPS)对纯PPy和PPyCeO_2复合材料进行了表征分析,结果表明PPy-CeO_2呈典型的核-壳结构。在室温条件下研究了纯PPy薄膜和PPy-CeO_2复合薄膜对二氧化氮(NO2)的响应特性,结果表明,PPy-CeO_2复合薄膜传感器显示出更优的响应特性,灵敏度为纯PPy薄膜传感器的12.6倍,且具有良好的重复性和选择性。最后讨论分析了PPy-CeO_2复合薄膜传感器的NO2敏感机理。

NO_2光波导气敏元件的制备及气敏性

采用溶胶-凝胶法(sol-gel)合成了有机硅溶胶,以间甲酚紫(m-Cresol Purple,m-CP)为敏感试剂,研制了m-CP-有机硅复合薄膜/K+交换玻璃光波导NO2气体传感元件。结果表明,该传感元件在室温条件下对NO_2气体具有较高的选择性响应,能检测体积分数为1.0×10^(-9)(V/V0)(信噪比S=15.6)的NO_2气体,响应-恢复时间分别为1 s和8 s。体积分数在1.0×10^(-3)～1.0×10^(-9)(V/V0)范围内输出光强度的变化与气体浓度之间有良好的线性关系(R=0.98),相对标准偏差(RSD)为0.3%～0.9%,表明该传感器检测数据可靠,能够满足低成本、快速、现场检测的需求。

氧化钨纳米线气敏传感器的制备及其室温NO_2敏感特性

纳米结构的氧化钨有高比表面积和气体吸附能力,在气体传感器领域得到了广泛研究.本文采用磁控溅射金属钨薄膜和两步热氧化工艺在二氧化硅衬底上生长出氧化钨纳米线.通过改变第二步氧化温度,研究退火温度对氧化钨纳米线气敏特性的影响.采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱分析仪和透射射电子显微镜表征材料的微观特性和晶体结构,利用静态配气法测试气敏性能.研究结果表明,经过退火处理后氧化钨纳米线密度略微降低,300℃比400℃退火后的氧化钨结晶性差,对应的表面态含量多,有利于室温气体敏感性.测试NO_2的气敏性能,经过对比得出300℃退火温度下制备的氧化钨纳米线在室温下表现出较很好的气敏响应,对6 ppm(1 ppm=10^(-6))NO_2达到2.5,对检测极限0.5 ppm NO_2响应达1.37.氧化钨纳米线在室温下表现出反常的P型响应,是因为氧化钨纳米线表面被氧气吸附形成反型层,空穴取代电子成为主要载流子所致.

多孔硅气体传感器的制备及其气敏性能的研究

以P＋型硅片为基底,利用双槽电化学腐蚀方法制备不同孔隙率的多孔硅（Porous Silicon）,介绍多孔硅气体传感器的原理和优点,通过SEM和AFM对PS薄膜的表面形貌进行分析,研究不同孔隙率条件下PS薄膜的气敏灵敏特性。结果表明：随着孔隙率的增加,PS薄膜的响应/恢复时间不断减小,薄膜对空气中较低浓度的NO2（体积分数为0.1×10^-5 - 6×10^-5）具有优异的敏感特性和响应特性。

TiO_2薄膜制备及其气敏特性

NO2是一种强毒性气体,本文利用了溶胶—凝胶法在硅片及陶瓷管上制备TiO2纳米薄膜,并探讨了在制备过程中不同的因素对薄膜成膜质量的影响。并用马弗炉对硅片及陶瓷管上制备的TiO2纳米薄膜进行不同温度的退火处理。对其分别进行XRD的分析,和原子力显微镜分析。利用气敏测试系统对不同的退火温度下的气敏元件进行测试。研制出工作温度低,气敏特性强,响应恢复特性好的基于TiO2的NO2气敏传感器。

Ag-WO3基传感器对NO2气敏特性的研究

Ag-WO3纳米复合材料通过低温溶胶凝胶法(sol-gel)和共渍法成功合成,并且基于该纳米复合材料制备了检测低浓度NO2气体的旁热式气敏元件。研究了100~300 ℃的温度范围内该传感器对H2S、CO、NO2、C2H5OH、CH3COCH3的气敏性能。结果表明,质量分数为1.0%Ag-WO3气敏传感器对10 ppm的NO2气体展现了最高的灵敏度和选择性。同时对Ag-WO3气敏传感器探测气体前后的气敏机理进行了讨论和分析。

层状Bi2WO6的制备及其对NO2的气敏性能研究

本研究采用水热法合成了层状Bi2WO6,并用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对合成的材料进行表征。用氧化钇稳定氧化锆(YSZ)和Bi2WO6组装气体传感器,并进行气敏性能测试。结果表明传感器对NO2具有很好地响应恢复性能。传感器在最佳工作温度下(550℃)的灵敏度可以达到64.72 mV/decade,同时传感器具有很好的稳定性、重复性和选择性。此外,本文还基于混合电动势机理对传感器的工作曲线做了解释。

WO_3/氮掺杂石墨烯复合材料的制备及室温气敏研究

以氨水为氮源,采用简便的超声法将氮元素掺杂进石墨烯,通过溶胶-凝胶法制备WO3/氮掺杂石墨烯复合材料,经Raman、XPS、TEM等表征对其进行结构和形貌分析,并在光电流平台上测试其对NO2气体的室温气敏性能。结果表明,对石墨烯进行氮掺杂后形成新的C-N键,石墨烯表面缺陷增加,导电性能提升,WO3/氮掺杂石墨烯复合材料表现出优异的室温气敏特性。

四川省凉山州森林火灾NO2、CO和SO2释放时空动态变化分析

火灾是对森林危害最严重的灾害之一,森林火灾在破坏林区生态的同时,也会释放大量的污染物气体(CO2、CO、NOX、CXHY、SO2等),对当地空气质量有很大的影响,进而加重气候变化程度、危及人类健康。四川省是我国林业资源丰富、易发森林火灾的省份,近年四川省凉山彝族自治州已发生多起森林火灾事件。本文以凉山州为例,基于 NASA 的 FIRMS 近实时活跃火数据和 Sentinel 5P 卫星的近实时 NO2、CO 和 SO2对流层柱浓度数据进行火灾情况分析和气体浓度变化分析,主要探究 2020 年西昌市和木里县森林大火与这三种有害气体释放的时空动态变化关系。结果表明,NO2和 CO 的浓度在火灾发生后 14 天内有明显的上升且高浓度聚集区与发生火灾的山脉重合,但 SO2的浓度变化与山火的关联性不大,说明此次大火的硫化气体产物较少。研究结果也可为火灾后的空气质量治理工作提供参考。

Au掺入量对传感器用WO3纳米颗粒组织和气敏性能的影响

通过水热法制备传感器用WO3纳米颗粒,采用XRD、SEM、EDS等方法分析Au掺入量对传感器用WO3纳米颗粒组织和气敏性能的影响。研究结果表明:不同Au掺入量的WO3纳米颗粒都形成相同的衍射峰,当Au的掺入量增大,(200)晶面衍射峰强度先增大后减小,WO3纳米颗粒晶粒尺寸先增大后减小。不同Au掺入量的WO3纳米颗粒的粒径为2.5~5.0μm,相邻WO3纳米颗粒间相互接触。不同Au掺入量的WO3纳米颗粒对NO2的检测灵敏度都随温度的升高先增大后减小,合适的Au掺入量可以显著提高气体检测灵敏度,不同Au掺入量的WO3纳米颗粒对NO2的检测灵敏度随气体浓度线性上升。