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花状SnO2的制备及其气敏特性的研究

以乙二醇（ C2 H6 O2）为有机溶剂，采用溶剂热法制备了花状SnO2纳米材料，并将制备的SnO2制成旁热式气敏元件．通过XRD，SEM等测试手段对SnO2纳米材料进行了表征，并初步分析了气敏元件对丙酮的敏感机理．制备的SnO2材料是由粒径约为10 nm的颗粒有规则的堆叠而成的直径约为3～4μm的花瓣清晰的多孔分级花状结构．研究发现，气敏元件对丙酮气体有很好的响应灵敏度．在最佳工作温度（350℃）时，检测的丙酮体积分数最低为1×10-6．对100 ppm丙酮的响应及恢复时间分别为40和50 s．且气敏元件对丙酮气体的响应灵敏度远高于对苯、甲苯、甲醇、甲醛、氨等气体的响应灵敏度．

关键词: 气敏元件 , SnO2 , 溶剂热法 , 分级结构 , 丙酮

聚苯胺及其掺杂材料的制备及气敏特性的研究

杜海英 , 王兢 , 王娟 , 孙进生 , 李双 , 戚金清

功能材料

采用质子酸化学聚合法,以苯胺（An）为单体,过硫酸铵（APS）为氧化剂,在盐酸（HCl）溶液中,合成了聚苯胺（PANI）及In2O3、TiO2和SnO2掺杂的聚苯胺。分别通过X射线衍射仪（XRD）,红外光谱仪（FT-IR）,场发射扫描电镜（FE-SEM）对其结构和形貌进行了表征,制成了基于聚苯胺及其掺杂材料的氨气传感器。室温下,对1.0×10-5～1.50×10-4浓度范围的氨气进行了气敏测试,测试结果表明,基于聚苯胺及其掺杂材料的气敏元件对氨气响应灵敏度基本呈线性关系。掺杂In2O3的聚苯胺气敏元件对氨气的响应灵敏度最大,在1.50×10-4时响应灵敏度达到50;而掺杂TiO2的聚苯胺气敏元件对1.00×10-4氨气的响应时间最短,为60s。分析了聚苯胺及其掺杂材料的气敏机理,结果表明,金属氧化物的掺杂对聚苯胺材料的灵敏度、响应及恢复时间等气敏特性有很大的影响。

关键词: 聚苯胺 , 气敏性能 , 掺杂材料 , 敏感机理

MWCNTs 掺杂的PANI纳米复合材料的制备及敏感特性的研究

杜海英 , 王兢 , 张秀峰 , 徐国凯 , 田江丽

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2013.20.027

采用质子酸化学聚合法,以苯胺(An)为单体,过硫酸铵(APS)为氧化剂,在盐酸(HCl)溶液中,0℃水浴中合成了0.02%(质量分数)碳纳米管(MWCNTs)掺杂的聚苯胺(PANI)。同样方法制备了PANI 和0.05%(质量分数)MWCNTs 掺杂的 PA-NI,分别通过X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)和场发射扫描电镜(SEM)对其结构和形貌进行了表征,并制成了 PANI 及 MWCNTs 掺杂的 PANI 气敏元件。在室温下,对浓度范围(0.1~1.5)×10-4的氨气进行了气敏测试,测试结果表明,基于 PANI,0.02%(质量分数)和0.05%(质量分数)MWCNTs掺杂的 PANI 气敏元件对氨气响应均呈线性关系。0.02%(质量分数)MWCNTs 掺杂的 PANI 气敏元件对氨气的响应灵敏度最大,在氨气浓度为1.5×10-4时响应达到27.67；氨气浓度为1.0×10-5时响应为1.95,且元件具有良好的稳定性。最后,简要分析了MWCNTs 掺杂的PANI 气敏元件对氨气的敏感机理。

关键词: MWCNTs , PANI , 气敏性能 , 敏感机理

纺丝法制备多级SnO2纳米纤维及其气敏特性研究

杜海英 , 苏航 , 王兢 , 田江丽 , 徐国凯

材料科学与工艺

为了提高SnO2的气敏性能，以 PVP 为有机溶剂，采用静电纺丝法制备了多级结构的 SnO2纳米纤维，利用XRD，SEM和TEM等技术对材料的结构、形貌进行了表征，并制备了SnO2旁热式气敏元件．采用静态气体测试系统对SnO2元件进行了气敏测试．在工作温度300℃时，对0．5～50 ppm甲醛进行了气敏测试．测试结果表明：SnO2气敏元件对甲醛气体具有优异的响应灵敏度，快速的响应及响应恢复特性、较好的选择性．采用静电纺丝制备的多级结构SnO2纳米纤维对甲醛表现出良好的气敏特性．

关键词: 纳米纤维 , 静电纺丝 , 气敏特性 , 甲醛 , 响应

沸石及其复合物气体传感器的研究与发展

孙炎辉 , 王兢 , 杜海英 , 郑雁公

硅酸盐通报

近年来大量文献报道了沸石及其复合物气体传感器的研究和设计.该类型传感器在选择性、稳定性、灵敏度以及响应范围上均表现出了优异的特性.本文以沸石的基本特性为主线,从沸石基气体传感器的制备方法和测试手段入手,总结了近些年主流沸石基气体传感器的气敏特性和敏感机理,并对未来沸石基气体传感器的发展趋势进行了阐述.

关键词: 沸石 , 气体传感器 , 选择性 , 吸附

静电纺丝法制备CuO／SnO2复合材料及其气敏特性研究

顾登宣 , 王兢 , 孙炎辉 , 杜海英

材料科学与工艺 doi:10.11951/j.issn.1005-0299.20160221

为研究p型材料和n型材料复合时气敏特性的变化，采用静电纺丝法分别制备了CuO、SnO2以及3种比例混合的CuO／SnO2复合纳米纤维材料，并通过XRD及SEM对其形貌、微观结构等进行表征。测试了该5种材料对丙酮、甲醛、甲醇、乙醇、甲苯等VOC气体的敏感特性。研究表明，CuO／SnO2＝2∶1的复合材料对丙酮、甲苯和乙醇的的响应值有一定提高；CuO／SnO2＝1∶1的复合材料对丙酮具有很高响应的同时，对乙醇和甲苯的响应产生了一定的抑制作用，从而大大提高了材料的选择性。其机理是：半导体材料复合后，在复合材料的表面会有更多的氧吸附，导致更多的VOC气体在半导体材料表面发生反应，使材料的电阻值变化更加明显，提高了材料的响应值。

关键词: CuO/SnO2复合材料 , 气体传感器 , 丙酮 , 静电纺丝法 , 机理

静电纺丝运动轨迹的建模与仿真研究

杜海英 , 王兢 , 王娟

材料科学与工艺

静电纺丝作为一种简单而有效的方法,广泛应用于纳米纤维的制备.本文以静电纺丝过程中带电溶液为对象,将带电溶液模拟成多个离散化的带电粒子,对带电粒子进行受力分析,建立带电粒子的分子动力学模型.基于Runge-Kutta算法,对带电粒珠的运动轨迹进行了数值计算,并利用MATLAB软件进行了仿真.改变静电纺丝工艺参数,得到了带电粒珠的不同运动轨迹的仿真图像.在相同的工艺条件下进行了纺丝实验,实验所制备的纳米纤维轨迹与仿真图像相一致.分析结果表明,静电纺丝过程中,改变工艺参数可以实现纳米纤维的运动轨迹的可控.

关键词: 静电纺丝 , 纳米纤维 , 仿真 , 分子动力学模型