纳米氧化锌气敏材料

纳米氧化锌的应用——气敏材料导师：朱守荣教授学生：周冬学号：06720118纳米氧化锌的用途橡胶工业最有效的无机活性剂和硫化促进剂颗粒小，比表面积大，分散性好，疏松多孔，流动性好用于制造高速耐磨的橡胶制品，具有防止老化、抗摩擦着火、使用帮命长等优点[1]其用量仅为普通氧化锌用量的30%～50%，降低了企业的生产成本[2][1]黄家明纳米材料在橡胶制品中的应用.[J].橡胶工业,2003(3)[2]于泳纳米氧化锌在橡胶制品中的应用研究.[EBOL]/xiangjiao.htm陶瓷行业纳米氧化锌粒径小，比表面积大和化学性能高，可以显著降低材料的烧结致密化程度，节约能源，使陶瓷材料的组成结构的致密化、均匀化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性。孙尧,周刚纳米陶瓷及其应用前景.[EBOL]/nmkg/pi/tcqj.htm日用化工纳米氧化锌UV(或VIS)照射下，能自行分解出自由电子和空穴。这种空穴有极强的化学活性，能氧化大多数有机物(包括细菌类的有机物)纳米氧化锌无毒、无味，对皮肤无刺激、分解、不变质、稳定性好消毒，防晒，除臭，净化空气龚文琪,张晓辉纳米材料在环保中的应用.[J].新疆环境保护,2002(4)催化剂和光催化剂气体通过的扩散速度快，表面的活性位置多，纳米氧化锌的催化活性远大于其传统催化剂[1]纳米氧化锌作为光催化剂可以使有机物分解，研究表明，纳米氧化锌粒子的反应速度是普通氧化锌粒子的100～1000倍，被认为是极具应用前景的光催化剂之一[2][1]龚文琪,张晓辉纳米材料在环保中的应用.[J]新疆环境保护,2002(4)[2]程敬泉纳米氧化锌的性质和用途.[J]衡水师专学报,2001,6(2):42～43吸波材料纳米Zn0不仅对电磁波具有吸收能力，还能吸收可见光和红外线，军事上用它作隐身材料，不但能在很宽的频带范围内逃避雷达的侦察，而且能起到红外隐身作用纳米Zn0因具有质量轻、颜色浅、吸波能力强等特点，现己成为吸波材料的研究热点之一朱毅青，马延风，林西平，王占华.[J]催化学报，1998,19(5):397传感器材料纳米Zn0具有高比表面积、高活性、特殊物理性质和极微小性，对外界环境(如温度、光、湿气等)十分敏感，外界环境的微小改变会迅速引起其表面或表面离子价态和电子运动的变化，立即引起其电阻的显著变化目前，已用其制成了气体报警器★和湿度计等朱毅青，马延风，林西平，王占华.[J]催化学报，1998,19(5):397ZnO气敏材料的制备纳米颗粒的制备大多采用化学方法上海大学的徐甲强等采用化学沉淀、乳液和微乳液制备了不同颗粒尺寸的纳米ZnO气敏材料。测试了ZnO对H2、SF6、C4H10、石油、C2H5OH的气敏性能,发现ZnO的气敏性依赖于它的晶粒尺寸。XuJQ,PanQY,ShunYu’an,TianZZ.SensorsandActuatorsB[J],2000;66:277-279Hossein-BabaeiF.等报道了电泳沉积(EPD)制备ZnO气体传感器。在纯丙酮溶液中,Al-Cr-Fe基体表面电泳沉积了亚微米尺寸的ZnO粉末,随后在空气中1000℃下烧结得到多孔厚膜。Hossein-BabaeiF,TaghibakhshF.ElectronicsLetters[J],2000;36(21):1815-1816沈茹娟等以酒石酸和乙二胺甲乙酸为原料,分别与醋酸锌进行固相反应制得前驱化合物,进而热分解得到气敏材料氧化锌。测试了材料在不同工作温度下对乙醇、氨气、液化石油气的灵敏度。实验结果表明,用这种方法合成的氧化锌具有粒径小、工作温度低及对乙醇气体灵敏度高的特点。沈茹娟,贾殿赠,梁凯.无机化学学报[J],2000;16(6):906～910物理方法制备的纳米颗粒具有洁净无污染、无团聚等优点TakeluchiM等研究了气体蒸发技术制备的超细ZnO颗粒层的电导和气敏性能。发现气敏性能随颗粒尺寸的减小而增加。TakeluchiM,KashimuraS,Ozawa,S.Vacuum[J],1989;41(7-9):1636-1637董立峰、崔作林等用H2+Ar电弧等离子体法制成纳米ZnO,ZnO-Fe,并研究了其气敏特性及机理。结果表明:与其它制备方法相比,该方法制成的纳米ZnO气敏元件在没有贵金属掺杂的情况下具有较高的的灵敏度,工作温度为200℃～250℃董立峰,崔作林。材料研究学报[J],1998;12(4):407～410元素掺杂对气敏性能的影响单纯的ZnO粉末具有性能不稳定、敏感度低、工作温度高和选择性差等缺点,为了提高其性能需要添加各种元素。贵金属敏化贵金属由于其极强的催化作用,是最早开展研究的催化剂。目前贵金属的掺杂及气敏机理研究主要集中在Pd、Pt、Ru上,掺入Pt可提高对乙烷,丙烷,异丁烷等碳氢化合物的灵敏度。AslamM.等描述了一种对微量氨气有高的选择性的表面钌酸盐化氧化锌传感器的制备和特征。RuO连接到ZnO表面导致了敏感性的显著提高,对1000×10-6的氨气在300℃时敏感度S=440,纯ZnO对相似的反应S=1.5AslamM,ChaudharyVA,MullaIS,etal.SensorsandActuatorsA,Physical[J],1999;75(2):162-167TrivikramaRaoG.S.等使用粉末ZnO、Pd-ZnO、Fe-ZnO和Ru-ZnO制备了厚膜气敏元件,并在室温下测试对氨气的相对敏感性。Pd-ZnO对空气中50～90×10-6氨气有较高的灵敏度并且在30×10-6氨气响应时间约为4sTrivikramaRaoGS,TarakaramaRaoD.SensorsandActuatorsB;Chemical[J],1999;55(2):166-169董立峰、崔作林的实验发现纳米ZnO-Fe-Pd对液化石油气(LPG)的选择性比纳米ZnO好,具有快速响应(<15s)和恢复特性,能稳定连续工作70h以上,可制作低功耗LPG气敏元件。董立峰,崔作林。材料研究学报[J],1998;12(4):407～410徐甲强等首先用化学沉淀法合成了纯ZnO纳米粉,用浸渍法合成了Ru-ZnO气敏材料及Au、Ag、Ru、Rh、Pd、Pt等Al2O3基催化剂。采用静态配气法测试了ZnO单层膜及双层膜旁热式气敏元件的敏感特性。徐甲强,胡平,秦建华。功能材料[J],1998;29(3):281-283实验结果表明,Ru的掺杂可提高ZnO的气体灵敏度,催化剂涂层的施加可改善Ru-ZnO对汽油、乙醇、丁烷的气敏选择性。并适当降低ZnO的工作温度。徐甲强,胡平,秦建华。功能材料[J],1998;29(3):281-283稀土氧化物掺杂沈茹娟等发现通过固相反应掺杂氧化镧、氧化钕对元件的气敏性能有很好的改善。所制的ZnO气敏材料对乙醇气体具有较好的灵敏度和选择性,而且降低了元件的工作温度沈茹娟,贾殿赠,乔永民,王疆瑛。无机材料学报[J],2001;16(4):625-629BhoolokaRaoB.等研究了La2O3和Pd掺杂的ZnO基气敏传感器对乙醇蒸气的敏感特征。添加La2O3和Pd提高了元件的敏感性能。元件的工作温度随贵金属的添加进一步降低。测试了元件对各种不同气体的敏感性,证明在175℃时对空气中乙醇有较高的敏感性和选择性。La2O3掺杂的元件的敏感性能与乙醇蒸气的选择性氧化相关BhoolokaRaoB.MaterialsChemistryandPhysics[J],2000;64:62-65CuO掺杂ZnO是N型半导体,而CuO是P型半导体。当用CuO对ZnO进行掺杂时,可以利用它们之间形成的PN结调整气敏材料的电导、气敏性能以及研究PN结界面的作用机理。胡英试验结果发现当CuO与ZnO的摩尔比为2∶8时,对CH3CH2OH有较高的灵敏度。而对不同浓度段的H2S气体要有较高的灵敏度,CuO与ZnO的摩尔比应有相应的不同值胡英,周晓华,魏红军。功能材料与器件学报[J],2000;6(4):408-412Raju,A.R研究了ZnO和Cu浸渍的ZnO的气敏特性。ZnO浸渍1%Cu在650K对CO(1×10-6)表现出较高的敏感性,而浸渍0.1%Cu的ZnO在600K对乙醚(约为1×10-6)表现出敏感性。RajuAR,RaoCNR.SensorsandActuatorsB:Chemical[J],1991;B3(4):305-310SnO2掺杂JiHaengYu等在900℃下烧结ZnO-SnO2(0%～100%mol)化合物,并在70～500℃下测试了对CO的敏感性。富积SnO2的化合物比纯SnO2表现出更高的敏感性。富积ZnO的化合物有更多的孔显微结构,因此比纯ZnO在所有温度下对CO有更高的敏感性。讨论了显微结构和成分对气敏性的影响,发现SnO2-ZnO的晶界对气敏性有较大影响。YuJH,ChoiGM.SensorsandActuatorsB:Chemical[J],1998;B52(3):251-256徐甲强等在ZnO中掺入0.5%SnO2后,得到ZnO、Zn2SnO4和ZnSnO3的混合物,材料对酒精的灵敏度大大增加,选择性也有所提高。而SnO2掺杂量增加,导致Zn2SnO4含量增加,材料的灵敏度反而降低。通过某些贵金属掺杂可提高Zn2SnO4对乙醇气体的选择性,而SiO2的掺杂可大幅度提高Zn2SnO4对氢气的灵敏度。徐甲强,朱文会,陈源.ZnO气敏陶瓷的制备与气敏性能研究[J].功能材料,1993,24(1):30-33结语ZnO的工作温度高、选择性低,添加不同的掺杂剂以降低温度、提高选择性和稳定性仍将是今后的研究课题。以上仅介绍了ZnO基气敏材料,在材料制备成气敏元件过程中,选择合适的敏感材料的烧结工艺和适当的添加物,控制气敏材料的显微结构,也是气敏元件制备的关键所在,当然显微结构与所选的掺杂元素紧密相关。这方面已有一些研究者进行了报道谢谢！参考文献黄家明纳米材料在橡胶制品中的应用.[J].橡胶工业,2003(3)于泳纳米氧化锌在橡胶制品中的应用研究.[EBOL]http:///xiangjiao.htm孙尧,周刚

纳米陶瓷及其应用前景.[EBOL]http:///nmkg/pi/tcqj.htm龚文琪,张晓辉

纳米材料在环保中的应用.[J].新疆环境保护,2002(4)龚文琪,张晓辉

纳米材料在环保中的应用.[J]新疆环境保护,2002(4)程敬泉

纳米氧化锌的性质和用途.[J]衡水师专学报,2001,6(2):42～43朱毅青，马延风，林西平，王占华.[J]催化学报，1998,19(5):397XuJQ,PanQY,ShunYu’an,TianZZ.SensorsandActuatorsB[J],2000;66:277-279Hossein-BabaeiF,TaghibakhshF.ElectronicsLetters[J],2000;36(21):1815-1816沈茹娟,贾殿赠,梁凯.无机化学学报[J],2000;16(6):906～910TakeluchiM,KashimuraS,Ozawa,S.Vacuum[J],1989;41(7-9):1636-1637董立峰,崔作林。材料研究学报[J],1998;12(4):407～410AslamM,ChaudharyVA,MullaIS,etal.SensorsandActuatorsA,Physical[J],1999;75(2