納米氧化鋅氣敏材料

納米氧化鋅的應(yīng)用——?dú)饷舨牧蠈?dǎo)師：朱守榮教授學(xué)生：周冬學(xué)號(hào)：06720118納米氧化鋅的用途橡膠工業(yè)最有效的無機(jī)活性劑和硫化促進(jìn)劑顆粒小，比表面積大，分散性好，疏松多孔，流動(dòng)性好用于制造高速耐磨的橡膠制品，具有防止老化、抗摩擦著火、使用幫命長等優(yōu)點(diǎn)[1]其用量僅為普通氧化鋅用量的30%～50%，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本[2][1]黃家明納米材料在橡膠制品中的應(yīng)用.[J].橡膠工業(yè),2003(3)[2]于泳納米氧化鋅在橡膠制品中的應(yīng)用研究.[EBOL]/xiangjiao.htm陶瓷行業(yè)納米氧化鋅粒徑小，比表面積大和化學(xué)性能高，可以顯著降低材料的燒結(jié)致密化程度，節(jié)約能源，使陶瓷材料的組成結(jié)構(gòu)的致密化、均勻化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性。孫堯,周剛納米陶瓷及其應(yīng)用前景.[EBOL]/nmkg/pi/tcqj.htm日用化工納米氧化鋅UV(或VIS)照射下，能自行分解出自由電子和空穴。這種空穴有極強(qiáng)的化學(xué)活性，能氧化大多數(shù)有機(jī)物(包括細(xì)菌類的有機(jī)物)納米氧化鋅無毒、無味，對(duì)皮膚無刺激、分解、不變質(zhì)、穩(wěn)定性好消毒，防曬，除臭，凈化空氣龔文琪,張曉輝納米材料在環(huán)保中的應(yīng)用.[J].新疆環(huán)境保護(hù),2002(4)催化劑和光催化劑氣體通過的擴(kuò)散速度快，表面的活性位置多，納米氧化鋅的催化活性遠(yuǎn)大于其傳統(tǒng)催化劑[1]納米氧化鋅作為光催化劑可以使有機(jī)物分解，研究表明，納米氧化鋅粒子的反應(yīng)速度是普通氧化鋅粒子的100～1000倍，被認(rèn)為是極具應(yīng)用前景的光催化劑之一[2][1]龔文琪,張曉輝納米材料在環(huán)保中的應(yīng)用.[J]新疆環(huán)境保護(hù),2002(4)[2]程敬泉納米氧化鋅的性質(zhì)和用途.[J]衡水師專學(xué)報(bào),2001,6(2):42～43吸波材料納米Zn0不僅對(duì)電磁波具有吸收能力，還能吸收可見光和紅外線，軍事上用它作隱身材料，不但能在很寬的頻帶范圍內(nèi)逃避雷達(dá)的偵察，而且能起到紅外隱身作用納米Zn0因具有質(zhì)量輕、顏色淺、吸波能力強(qiáng)等特點(diǎn)，現(xiàn)己成為吸波材料的研究熱點(diǎn)之一朱毅青，馬延風(fēng)，林西平，王占華.[J]催化學(xué)報(bào)，1998,19(5):397傳感器材料納米Zn0具有高比表面積、高活性、特殊物理性質(zhì)和極微小性，對(duì)外界環(huán)境(如溫度、光、濕氣等)十分敏感，外界環(huán)境的微小改變會(huì)迅速引起其表面或表面離子價(jià)態(tài)和電子運(yùn)動(dòng)的變化，立即引起其電阻的顯著變化目前，已用其制成了氣體報(bào)警器★和濕度計(jì)等朱毅青，馬延風(fēng)，林西平，王占華.[J]催化學(xué)報(bào)，1998,19(5):397ZnO氣敏材料的制備納米顆粒的制備大多采用化學(xué)方法上海大學(xué)的徐甲強(qiáng)等采用化學(xué)沉淀、乳液和微乳液制備了不同顆粒尺寸的納米ZnO氣敏材料。測(cè)試了ZnO對(duì)H2、SF6、C4H10、石油、C2H5OH的氣敏性能,發(fā)現(xiàn)ZnO的氣敏性依賴于它的晶粒尺寸。XuJQ,PanQY,ShunYu’an,TianZZ.SensorsandActuatorsB[J],2000;66:277-279Hossein-BabaeiF.等報(bào)道了電泳沉積(EPD)制備ZnO氣體傳感器。在純丙酮溶液中,Al-Cr-Fe基體表面電泳沉積了亞微米尺寸的ZnO粉末,隨后在空氣中1000℃下燒結(jié)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為原料,分別與醋酸鋅進(jìn)行固相反應(yīng)制得前驅(qū)化合物,進(jìn)而熱分解得到氣敏材料氧化鋅。測(cè)試了材料在不同工作溫度下對(duì)乙醇、氨氣、液化石油氣的靈敏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用這種方法合成的氧化鋅具有粒徑小、工作溫度低及對(duì)乙醇?xì)怏w靈敏度高的特點(diǎn)。沈茹娟,賈殿贈(zèng),梁凱.無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)[J],2000;16(6):906～910物理方法制備的納米顆粒具有潔凈無污染、無團(tuán)聚等優(yōu)點(diǎn)TakeluchiM等研究了氣體蒸發(fā)技術(shù)制備的超細(xì)ZnO顆粒層的電導(dǎo)和氣敏性能。發(fā)現(xiàn)氣敏性能隨顆粒尺寸的減小而增加。TakeluchiM,KashimuraS,Ozawa,S.Vacuum[J],1989;41(7-9):1636-1637董立峰、崔作林等用H2+Ar電弧等離子體法制成納米ZnO,ZnO-Fe,并研究了其氣敏特性及機(jī)理。結(jié)果表明:與其它制備方法相比,該方法制成的納米ZnO氣敏元件在沒有貴金屬摻雜的情況下具有較高的的靈敏度,工作溫度為200℃～250℃董立峰,崔作林。材料研究學(xué)報(bào)[J],1998;12(4):407～410元素?fù)诫s對(duì)氣敏性能的影響單純的ZnO粉末具有性能不穩(wěn)定、敏感度低、工作溫度高和選擇性差等缺點(diǎn),為了提高其性能需要添加各種元素。貴金屬敏化貴金屬由于其極強(qiáng)的催化作用,是最早開展研究的催化劑。目前貴金屬的摻雜及氣敏機(jī)理研究主要集中在Pd、Pt、Ru上,摻入Pt可提高對(duì)乙烷,丙烷,異丁烷等碳?xì)浠衔锏撵`敏度。AslamM.等描述了一種對(duì)微量氨氣有高的選擇性的表面釕酸鹽化氧化鋅傳感器的制備和特征。RuO連接到ZnO表面導(dǎo)致了敏感性的顯著提高,對(duì)1000×10-6的氨氣在300℃時(shí)敏感度S=440,純ZnO對(duì)相似的反應(yīng)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制備了厚膜氣敏元件,并在室溫下測(cè)試對(duì)氨氣的相對(duì)敏感性。Pd-ZnO對(duì)空氣中50～90×10-6氨氣有較高的靈敏度并且在30×10-6氨氣響應(yīng)時(shí)間約為4sTrivikramaRaoGS,TarakaramaRaoD.SensorsandActuatorsB;Chemical[J],1999;55(2):166-169董立峰、崔作林的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)納米ZnO-Fe-Pd對(duì)液化石油氣(LPG)的選擇性比納米ZnO好,具有快速響應(yīng)(<15s)和恢復(fù)特性,能穩(wěn)定連續(xù)工作70h以上,可制作低功耗LPG氣敏元件。董立峰,崔作林。材料研究學(xué)報(bào)[J],1998;12(4):407～410徐甲強(qiáng)等首先用化學(xué)沉淀法合成了純ZnO納米粉,用浸漬法合成了Ru-ZnO氣敏材料及Au、Ag、Ru、Rh、Pd、Pt等Al2O3基催化劑。采用靜態(tài)配氣法測(cè)試了ZnO單層膜及雙層膜旁熱式氣敏元件的敏感特性。徐甲強(qiáng),胡平,秦建華。功能材料[J],1998;29(3):281-283實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Ru的摻雜可提高ZnO的氣體靈敏度,催化劑涂層的施加可改善Ru-ZnO對(duì)汽油、乙醇、丁烷的氣敏選擇性。并適當(dāng)降低ZnO的工作溫度。徐甲強(qiáng),胡平,秦建華。功能材料[J],1998;29(3):281-283稀土氧化物摻雜沈茹娟等發(fā)現(xiàn)通過固相反應(yīng)摻雜氧化鑭、氧化釹對(duì)元件的氣敏性能有很好的改善。所制的ZnO氣敏材料對(duì)乙醇?xì)怏w具有較好的靈敏度和選擇性,而且降低了元件的工作溫度沈茹娟,賈殿贈(zèng),喬永民,王疆瑛。無機(jī)材料學(xué)報(bào)[J],2001;16(4):625-629BhoolokaRaoB.等研究了La2O3和Pd摻雜的ZnO基氣敏傳感器對(duì)乙醇蒸氣的敏感特征。添加La2O3和Pd提高了元件的敏感性能。元件的工作溫度隨貴金屬的添加進(jìn)一步降低。測(cè)試了元件對(duì)各種不同氣體的敏感性,證明在175℃時(shí)對(duì)空氣中乙醇有較高的敏感性和選擇性。La2O3摻雜的元件的敏感性能與乙醇蒸氣的選擇性氧化相關(guān)BhoolokaRaoB.MaterialsChemistryandPhysics[J],2000;64:62-65CuO摻雜ZnO是N型半導(dǎo)體,而CuO是P型半導(dǎo)體。當(dāng)用CuO對(duì)ZnO進(jìn)行摻雜時(shí),可以利用它們之間形成的PN結(jié)調(diào)整氣敏材料的電導(dǎo)、氣敏性能以及研究PN結(jié)界面的作用機(jī)理。胡英試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)CuO與ZnO的摩爾比為2∶8時(shí),對(duì)CH3CH2OH有較高的靈敏度。而對(duì)不同濃度段的H2S氣體要有較高的靈敏度,CuO與ZnO的摩爾比應(yīng)有相應(yīng)的不同值胡英,周曉華,魏紅軍。功能材料與器件學(xué)報(bào)[J],2000;6(4):408-412Raju,A.R研究了ZnO和Cu浸漬的ZnO的氣敏特性。ZnO浸漬1%Cu在650K對(duì)CO(1×10-6)表現(xiàn)出較高的敏感性,而浸漬0.1%Cu的ZnO在600K對(duì)乙醚(約為1×10-6)表現(xiàn)出敏感性。RajuAR,RaoCNR.SensorsandActuatorsB:Chemical[J],1991;B3(4):305-310SnO2摻雜JiHaengYu等在900℃下燒結(jié)ZnO-SnO2(0%～100%mol)化合物,并在70～500℃下測(cè)試了對(duì)CO的敏感性。富積SnO2的化合物比純SnO2表現(xiàn)出更高的敏感性。富積ZnO的化合物有更多的孔顯微結(jié)構(gòu),因此比純ZnO在所有溫度下對(duì)CO有更高的敏感性。討論了顯微結(jié)構(gòu)和成分對(duì)氣敏性的影響,發(fā)現(xiàn)SnO2-ZnO的晶界對(duì)氣敏性有較大影響。YuJH,ChoiGM.SensorsandActuatorsB:Chemical[J],1998;B52(3):251-256徐甲強(qiáng)等在ZnO中摻入0.5%SnO2后,得到ZnO、Zn2SnO4和ZnSnO3的混合物,材料對(duì)酒精的靈敏度大大增加,選擇性也有所提高。而SnO2摻雜量增加,導(dǎo)致Zn2SnO4含量增加,材料的靈敏度反而降低。通過某些貴金屬摻雜可提高Zn2SnO4對(duì)乙醇?xì)怏w的選擇性,而SiO2的摻雜可大幅度提高Zn2SnO4對(duì)氫氣的靈敏度。徐甲強(qiáng),朱文會(huì),陳源.ZnO氣敏陶瓷的制備與氣敏性能研究[J].功能材料,1993,24(1):30-33結(jié)語ZnO的工作溫度高、選擇性低,添加不同的摻雜劑以降低溫度、提高選擇性和穩(wěn)定性仍將是今后的研究課題。以上僅介紹了ZnO基氣敏材料,在材料制備成氣敏元件過程中,選擇合適的敏感材料的燒結(jié)工藝和適當(dāng)?shù)奶砑游?控制氣敏材料的顯微結(jié)構(gòu),也是氣敏元件制備的關(guān)鍵所在,當(dāng)然顯微結(jié)構(gòu)與所選的摻雜元素緊密相關(guān)。這方面已有一些研究者進(jìn)行了報(bào)道謝謝！參考文獻(xiàn)黃家明納米材料在橡膠制品中的應(yīng)用.[J].橡膠工業(yè),2003(3)于泳納米氧化鋅在橡膠制品中的應(yīng)用研究.[EBOL]http:///xiangjiao.htm孫堯,周剛

納米陶瓷及其應(yīng)用前景.[EBOL]http:///nmkg/pi/tcqj.htm龔文琪,張曉輝

納米材料在環(huán)保中的應(yīng)用.[J].新疆環(huán)境保護(hù),2002(4)龔文琪,張曉輝

納米材料在環(huán)保中的應(yīng)用.[J]新疆環(huán)境保護(hù),2002(4)程敬泉

納米氧化鋅的性質(zhì)和用途.[J]衡水師專學(xué)報(bào),2001,6(2):42～43朱毅青，馬延風(fēng)，林西平，王占華.[J]催化學(xué)報(bào)，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,賈殿贈(zèng),梁凱.無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)[J],2000;16(6):906～910TakeluchiM,KashimuraS,Ozawa,S.Vacuum[J],1989;41(7-9):1636-1637董立峰,崔作林。材料研究學(xué)報(bào)[J],1998;12(4):407～410AslamM,ChaudharyVA,MullaIS,etal.SensorsandActuatorsA,Physical[J],1999;75(2