导读:本文包含了光学气敏论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:金红石,锐钛矿,密度泛函理论,表面吸附
光学气敏论文文献综述
刘鹏[1]（2019）在《TiO_2表面及表面杂质对CO气体光学气敏传感特性的影响》一文中研究指出CO是工业、生活废气中的一种有毒气体,它无色无味,并且当空气中含量达到一定浓度时,极易使人出现中毒,这严重威胁着人们的生命安全。当前各种各样的气体检测技术面世,而在这方面还有很大的发展空间,这样的检测方式已成为一种重要的气体检测技术,受到广大研究者的青睐。材料表面吸附气体分子而改变了其光学特性,因此可以通过光学性质的变化体现材料对环境气体分析的传感特性,这称为光学气敏传感特性,同时光学气敏传感较电阻型气敏传感具有高灵敏度、响应时间短和恢复时间短等特点。当前对于光学气敏传感材料主要以半导体材料TiO_2、SnO_2、ZnO等金属氧化物,其中ZnO是应用最早的一种半导体气敏材料。由于TiO_2具有廉价、无毒、耐高温等特点受到了人们的青睐,其主要运用于空气的净化和污水的处理和气敏传感器件中。但是由于TiO_2的带隙较宽只能吸收波长小于400nm的紫外光区域,研究者们通过对材料掺杂改变其光学性质,扩大光响应范围。如非金属N的掺杂,N2p轨道电子与O2p轨道电子杂化使带隙变窄而扩大对可见光的吸收;除此之外金属离子(如Fe~(3+))的掺杂可在材料表面引入缺陷位置,在光照下杂质电子跃迁的能量小于TiO_2的禁带宽度且杂质电子浓度较大使材料光谱红移。为进一步对TiO_2材料表面性质和光学气敏性质的研究,本文在密度泛函理论的平面波超软赝势方法下分别对金红石TiO_2(110)面和锐钛矿TiO_2(101)面进行理论计算。其主要计算内容为:(1)研究金红石TiO_2(110)面的电子结构,在MS软件中建立金红石的(2×1)超晶胞模型,通过结构优化后分别计算了表面能以及表面光学性质。(2)计算金红石TiO_2(110)的光学性质,建立(3×3×2)的超晶胞模型并切出(110)面,在表面引入不同浓度的氧空位后进行CO分子C端吸附,计算了本征表面吸附能、分态密度、电荷布居和光学性质,结果显示表面氧空位的缺陷使得材料表面的光学性质发生改变,对CO气体体现出一定的吸附作用;(3)对比金红石TiO_2(110)面的特性,本文还计算了CO分子C端吸附在锐钛矿TiO_2(101)面的表面结合能、表面吸附能、电荷布局、差分电荷密度、电子分态密度以及光学性质,计算结果显示锐钛矿TiO_2(101)面对气体CO吸附体现出的光学特性较金红石TiO_2(110)面更好;(4)为进一步对锐钛矿TiO_2(101)面的吸附特性进行优化,采用了掺杂过渡金属掺杂的方法改变表面的吸附特性,考虑到Cu、Sc、Cr、V原子半径与Ti原子半径相近且Cu、Cr原子4S~1电子不稳定这些因素,故此选其为杂质原子。结果显示:锐钛矿TiO_2(101)面比金红石TiO_2(110)面更为稳定;金属Cu、Sc、Cr、V掺杂于氧空位的TiO_2(101)表面和不掺杂氧空位表面后,通过表面能的计算比较,杂质的掺入减小了表面的禁带宽度从而提高材料对CO的吸附且Cu和Cr掺杂最为稳定;从电荷的转移情况分析得到杂质对基底氧空位氧化性的贡献有:Cu>Cr;通过态密度和光学性质分析,CO分子吸附在Cu和Cr掺杂于含氧空位TiO_2(101)基底表面相对于无掺杂含氧空位TiO_2(101)基底表面提高了材料在可见光范围内的响应,Cu和Cr掺杂对材料吸附CO气体光学气敏传感性能提升明显,是一种很好改善材料光学气敏传感特性的方法。(本文来源于《重庆师范大学》期刊2019-03-01）
周清斌[2]（2019）在《掺杂对TiO_2吸附还原性和氧化性气体小分子光学气敏传感特性的影响》一文中研究指出随着工业的发展,由于废气的乱排乱放,当今世界的环境污染日益严重。怎样快速而有效的监控、治理环境中受污染气体,是当今世界研究的热点问题。TiO_2是一种稳定的金属氧化物,同时,也是一种拥有许多优点和缺点的半导体,它的优点是:价格低廉、无毒无污染,并且,TiO_2耐高温并且不易受化学反应的影响。光学气敏传感效应是通过在吸附气体后改变材料的光学性质来反映环境气体成分。TiO_2是一种灵敏度高,响应时间短的光学气敏传感材料。通过掺杂非金属元素或者金属元素来改变锐钛矿TiO_2表面的氧化还原性能,从而研究对气体分子的吸附特性来提高光学传感特性已成为近年来的研究热点,它可用于检测和监测环境污染。本文的研究思路如下:氧空位吸附气体的本质就是电子的得失,吸附还原性气体,就要增强氧空位的氧化性,相反吸附氧化性气体就要增强氧空位的还原性,而要想增强或者减弱氧空位氧化还原性的措施就是通过掺入杂质原子;因此,本文通过在不同的非金属掺杂锐钛矿TiO_2表面吸附还原性气体来分析表面的氧化性能,以及通过强氧化性气体在不同金属掺杂锐钛矿TiO_2表面的吸附结构优化后,分析其表面的还原性能,从而研究材料表面的光学气敏特性。具体研究内容和过程如下:1.采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后吸附NH_3分子的微观机理。分析发现:C掺杂提升了材料对低能可见光的响应;而C-N双掺杂体系,使材料对400nm~570nm范围内的可见光吸收系数大大提高。所以,单掺杂C元素以及双掺杂C-N元素都能明显的提高材料的光学气敏传感特性。2.计算研究了Cu、Cr元素掺杂锐钛矿型TiO_2表面以及清洁表面含氧空位吸附SO_2分子的结合能、吸附能、吸附距离、电荷布居、态密度、电荷转移、光学性质等。研究发现:掺杂表面能稳定的吸附SO_2分子,吸附后材料的光学性质发生显着变化,叁种表面吸附SO_2分子后,表面都失去电子,得出表面的还原性的强弱为:Cr>Cu>无掺杂;通过对比吸收光谱和反射光谱发现Cr掺杂基底在可见光范围内的净吸收最大。因此,对于吸附氧化性气体,Cr掺杂的TiO_2是一种更好的光学气敏传感材料。3.计算了Cu、Cr元素掺杂锐钛矿TiO_2表面以及清洁表面含氧空位吸附O_3后的物理量,分析发现:氧化物表面氧化性强弱关系为:Cr掺杂表面>Cr掺杂表面>无掺杂表面;分析光学性质发现:Cr掺杂体系对光的利用率最高;Cr元素掺入基底,使光学气敏材料TiO_2表面的光学气敏传感特性有显着提高。通过以上研究,发现TiO_2表面杂质具有如下特性:对于非金属掺杂,由于C-N掺杂的协同作用,使基底得到电子的能力增强,因此提高了表面的氧化性,改善了表面对还原性气体的光催化性能;对于过渡金属掺杂,由于Cu和Cr元素最外层都是4S电子,而4S层电子很容易失去电子,故降低了表面的氧化性,因此对于吸附氧化性气体而言,Cu-Cr共掺杂TiO_2可有效提高TiO_2的光学气敏性能。(本文来源于《重庆师范大学》期刊2019-03-01）
郭胜,郭杰,刘斌,王璐,欧全宏[3]（2018）在《钌掺杂对氧化锡纳米线的光学和气敏性能的影响》一文中研究指出采用热蒸发气相沉积法,以Au为催化剂制备了Ru掺杂SnO_2(SnO_2∶Ru)纳米线。研究了SnO_2∶Ru纳米线的晶体结构、微观形貌、光学特性和气敏性能。结果显示,纳米线具有完整的金红石结构,且表面平整。SnO_2∶Ru纳米线由O、Sn和Ru构成,它们的原子分数分别为62.60%、36.49%、0.91%。Ru掺杂引入施主型杂质能级导致SnO_2纳米线禁带宽度变窄,紫外波段的吸收系数明显增加,对丙酮、乙醇、乙二醇的气敏响应明显高于纯SnO_2纳米线,对丙酮的响应灵敏度最强。SnO_2∶Ru纳米线的最佳工作温度为210℃,对丙酮的响应/恢复时间短,理论探测极限为927×10-9,适合丙酮等挥发性有害气体的检测。(本文来源于《材料导报》期刊2018年S2期）
周康,冯庆,田芸,李科,周清斌[4]（2018）在《过渡金属Cu、Cr掺杂TiO_2表面氧化性气体NO_2光学气敏传感特性》一文中研究指出采用密度泛函理论(DFT)体系广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析锐钛矿型TiO_2(101)表面吸附NO_2分子光学气敏传感的微观机理.结果表明:Cu和Cr原子易于掺入TiO_2(101)表面,掺杂表面能稳定地吸附NO_2分子且吸附后光学性质发生显着变化.表面吸附NO_2分子后,Cu掺杂TiO_2(101)表面对分子的吸附能最大,吸附后结构更稳定,分子与表面的距离最短.通过分析差分电荷密度和电荷布居数发现,NO_2分子与基底表面间发生电荷转移,转移电子数目:Cu掺杂表面>Cr掺杂表面>无掺杂表面.对比吸收光谱和反射光谱发现,在Cu掺杂表面吸附分子后,光学性质变化最明显,说明表面与吸附分子间氧化还原能力是决定光学气敏传感性能的核心因素.在过渡金属中,Cu与Cr都有4s价电子结构,其4s电子降低了材料表面氧空位的氧化性,增加了其还原性.对于氧化性气体,可以提升表面与分子的氧化还原作用,而Cu的4s电子更加活泼,从而光学气敏传感特性更加明显.因此,Cu掺杂的TiO_2对氧化性气体是一种较好的光学气敏传感材料.(本文来源于《计算物理》期刊2018年06期）
周清斌,冯庆,周康,田芸,刘鹏[5]（2019）在《非金属元素掺杂锐钛矿TiO_2(101)表面对提升NH_3光学气敏传感特性的影响》一文中研究指出本文采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后表面的氧化还原能力,分析对NH_3分子吸附的微观机理,研究杂质掺入对光学传感特性的影响.结果表明:非金属元素是比较容易掺入到锐钛矿TiO_2(101)表面,掺杂表面对NH_3分子吸附较未掺杂的表面要好,表面吸附NH_3分子后,吸附距离都出现缩短,C-N元素掺杂后吸附距离最小且吸附能最大;通过Mulliken电荷布居分布分析,C掺杂提升了表面的氧化性,N元素对表面的氧化性提升不明显,而F掺杂降低了表面的氧化性;通过态密度分析可知,C掺杂在禁带中产生了受主能级,而N掺杂提高了价带顶的电子态密度,F掺杂在导带底产生了施主能级;通过光学性质的分析可知:C掺杂提升了材料对低能可见光的响应,使材料对570 nm～760 nm范围内的可见光吸收提高了大约3.5倍;而C-N双掺杂体系,使材料对400 nm～570 nm范围内的可见光吸收提高了大约3倍.总的来说,单掺杂C元素以及双掺杂C-N元素都能明显的提高材料的光学气敏传感特性.(本文来源于《原子与分子物理学报》期刊2019年01期）
岳远霞,杨英,冯庆,朱洪强[6]（2018）在《锐钛矿型TiO_2(101)面对常见还原性气体CO、SO_2、H_2S吸附的微观机制与光学气敏特性研究》一文中研究指出利用密度泛函理论体系下第一性原理平面波超软赝势方法,研究了锐钛矿型TiO_2(101)面吸附CO、SO_2、H_2S气体的微观机制与光学气敏性质。研究表明,这3种气体分子均能被TiO_2(101)面吸附,综合考虑吸附距离,吸附后结构的稳定性,吸附后电子的转移,与吸附后的光学性质,在这3种气体中,H_2S气体被TiO_2(101)面吸附后结构更稳定,电荷转移更明显,光学气敏特性较明显。(本文来源于《功能材料》期刊2018年06期）
岳远霞,杨英[7]（2018）在《CO分子在光学气敏材料表面的吸附研究》一文中研究指出采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,对CO气体分子分别吸附在TiO_2(101)、SnO_2(110)和Mg O(001)含氧空位表面上的几何结构、吸附能和光学性质等进行分析。研究发现:含有氧空位缺陷的Mg O(001)、SnO_2(110)和TiO_2(101)均能稳定地吸附CO分子,吸附后造成了材料光学性质的变化,可作为光学气敏传感材料。综合考虑叁种表面吸附后的几何结构、吸附能和吸附后的光学性质,SnO_2(110)是较理想的吸附表面。(本文来源于《西华师范大学学报(自然科学版)》期刊2018年01期）
周康[8]（2018）在《过渡金属掺杂TiO_2性质对小分子气体光学气敏传感特性的影响》一文中研究指出如今环境污染日益严重,这一问题引起了全球的密切关注。如何有效而灵敏的监控环境气体污染是当前研究的热点问题。TiO_2是一种稳定的金属氧化物半导体,价格低廉、无毒无污染。同时,TiO_2能够耐高温,且不易发生化学反应,在环境监测、工业、医学、食品等方面也应用颇多。光学气敏传感效应是通过材料吸附气体后的光学性质变化来反映环境气体的浓度达到监控环境的目的。TiO_2灵敏度高,响应时间短,是一种光学气敏传感材料。目前来说,改善TiO_2金属氧化物表面氧空位结构以及对TiO_2金属氧化物进行有效掺杂是一种提高材料光学气敏传感特性的有效途径,从而可以将其运用在治理环境污染的探测和监控中。本文的研究思路如下:首先通过还原性气体在不同金属氧化物表面的吸附作用分析氧化物表面的氧化性能,发现SnO_2和TiO_2表面氧空位都体现出一定的氧化性,但是TiO_2通过杂质掺入能明显降低表面的氧化性,提升表面还原性,从而显着提高对氧化性气体的传感效应,因此通过杂质掺杂是改善TiO_2对氧化性气体传感特性的有效方法,而Cu、Cr、Fe和Co掺杂TiO_2相比不掺杂时效果更好。具体研究内容和过程如下:1.模拟计算了光学气敏材料锐钛矿型二氧化钛,金红石型氧化锡,岩盐型氧化镁表面吸附CO的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等。计算结果表明:氧空位氧化能力的大小是光学性质改变的核心原因,表面吸附CO分子后,TiO_2,SnO_2和MgO氧空位表面较不含氧空位的表面分子吸附能均变大,分子与表面的吸附距离均缩短;通过差分电荷密度和电荷布居数发现,CO分子与表面间发生电荷转移,转移数目为:SnO_2>TiO_2>MgO,由此得出表面的氧化性排序为,SnO_2>TiO_2>MgO;通过对比叁种氧化物的吸收和反射谱发现,含氧空位的表面对可见光的利用率较不含氧空位的表面都有明显的提高。因此,金属氧化物表面氧空位能有效改善材料的光学气敏传感特性。2.计算研究了锐钛矿型TiO_2表面吸附NO_2分子的情况,分析了Cr掺杂、Cu掺杂含氧空位TiO_2表面吸附NO_2分子的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等。研究发现:掺杂表面能稳定的吸附NO_2分子且吸附后材料光学性质发生显着变化,极大提高了材料的光学气敏传感特性。表面吸附NO_2分子后,Cu掺杂TiO_2(101)表面对分子的吸附能最大,吸附后结构更稳定,分子与表面的距离最短。通过分析差分电荷密度和Mulliken电荷布居数发现,NO_2分子与基底表面间发生电荷转移,转移电子数目为,Cu掺杂表面>Cr掺杂表面>无掺杂表面;掺杂体系表面氧化性大小为,Cu掺杂表面<Cr掺杂表面<无掺杂表面;通过对比吸收光谱和反射光谱发现,在Cu掺杂表面吸附分子后,材料的光学性质变化最明显。在过渡金属中,Cu与Cr都有4s的价电子结构,其4s电子降低了材料表面氧空位的氧化性,增加了其还原性。对于氧化性气体而言,就可以极大的提升表面与分子的氧化还原作用,而Cu的4s电子更加活泼,从而光学气敏传感特性更加明显。因此,Cu掺杂的TiO_2对氧化性气体而言是一种较好的光学气敏传感材料。3.通过模拟计算Fe,Co掺杂含氧空位TiO_2表面吸附气体分子的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等。最终得出结论:无论是Fe掺杂,还是Co掺杂含有氧空位的TiO_2(101)表面,优化后NO_2分子距离表面的吸附距离都缩短,同时材料的结合能均为正值,都能够稳定的与材料结合;对比吸附能发现,Fe掺杂表面的吸附能>Co掺杂表面的吸附能>无掺杂表面的吸附能;整理Mulliken电荷布居数和分子得失电子数据,分子与材料表面电荷转移数目为:Fe掺杂表面>Co掺杂表面>无掺杂表面;分析差分电荷密度发现,材料表面氧化性强弱为:Fe掺杂表面<Co掺杂表面<无掺杂表面;对比分析态密度、吸收谱和反射谱图像,推断出Fe、Co的掺杂使得光学气敏材料TiO_2的传感特性将向着有益的方向提高,且Fe的掺杂提高效果最好。本文通过TiO_2材料表面的杂质掺杂,改变了表面氧空位的性质,特别是Cu和Fe等过渡金属的掺杂,明显提高了材料的气敏传感性能,是一种提高材料气敏传感性能的有效方法,为实验研究提供了一定的理论依据。(本文来源于《重庆师范大学》期刊2018-03-01）
Jamal,Abdel,Hamid,Shaibo[9]（2016）在《LaBaCO_2O_(5+δ)外延薄膜的光学、电学与气敏性能研究》一文中研究指出钙钛矿型过渡金属氧化物因其丰富的磁学和电学性质已经成为众多学术研究的主题。LaBaCo2O5+δ (LBCO)是一种有趣的强关联电子氧化物,被认为有希望应用于一系列重要技术中, 如固体氧化物燃料电池、各种电池、表面催化剂、化学传感器以及与巨磁电阻和自旋电子学相关的功能薄膜器件等。在本博士论文中,主要利用脉冲激光沉积(PLD)方法制备的高度外延的LBCO薄膜,深入研究了LBCO薄膜的电学和气敏性能。此外,为了实现大规模工业应用,进一步探讨了利用磁控溅射方法制备高度外延的LBCO薄膜的优化工艺及改进方法,并研究了薄膜的光学性质。本工作的主要研究结果如下：(1)因为载流子类型、密度和迁移率等电输运系数对于制备金属-半导体接触和p-n结等常用的器件组元十分重要,我们利用霍尔测量技术表征了PLD方法外延生长在MgO(001)基片上的LBCO薄膜。为了研究缺氧对电输运性能的影响,LBCO薄膜在350℃,一个大气压的O2、N2、Ar和H2气氛中进行了退火处理。研究发现,LBCO薄膜的电输运行为及‘'p-to-n"的转变非常不寻常。因此,我们首次将载流子密度和迁移率作为电导率的函数画出,并通过与半导体混合导电理论的计算结果进行了比较,进而确定了真实的电输运参数。研究结果表明,在这些LBCO薄膜中,空穴和电子载流子的迁移率基本维持不变,分别为～0.85和～40 cm2/Vs,但p型载流子的密度与薄膜中的氧含量密切相关。尽管霍尔测量显示一些样品因缺氧表现为“n型”导电,但所给出的明确证据证明缺氧不会使LBCO材料从p型转变成n型。所观察到的n型导电被认定为霍尔测量原理方面的不足所引起的实验假象,而不是因缺氧导致的真正的p到n型的转变。此外,研究发现,电导率的温度微分系数比薄膜电导率自身对LBCO薄膜磁性随温度的变化更敏感。(2)由于电输运性质与LBCO薄膜经历的退火过程密切相关,我们进一步研究了PLD方法生长的LBCO薄膜在O2、N2、Ar和H2中350℃退火后的结构。研究发现,只有H2气氛退火的LBCO薄膜的结构是特殊的,因为在x射线衍射谱(XRD)中首次观察到了一个新的结构有序。通过计算有序和无序LBCO相的XRD谱,并考虑了其中氧空位的排列方式,这个新的结构序被认定为有序的LBCO相中形成的氧空位有序,从而证明了氧空位化学有序可以在低至350 ℃的温度下在H2气氛中的LBCO薄膜中形成。通过测定不同气氛退火后的LBCO薄膜中的应变,氧空位浓度被认为是薄膜中形成氧空位有序的重要原因之一(3)在LnBCO (Ln=镧系元素)薄膜响应O2/H2气体切换的研究中,一个特别有趣的现象是气体传感器在～400℃以下出现反常行为,即当气体从O2切换至H2以及从H2切换至O2时,传感器的电阻随时间不断变化,出现一个尖锐的极大值。为了研究这一奇特的现象,我们利用LPD方法制备的外延生长在MgO(001)基片上的LBCO薄膜制作了一个气体传感器,并在300至800℃的温度范围内研究了这个传感器在响应O2、4%H2+96%N2、N2和Ar方面的气敏性能。研究结果证明,这个气体传感器对H2具有极高的灵敏度,而O2/H2切换过程中表现的反常行为与02+H2混合气体中发生的LBCO催化的H-O反应有关。根据可靠的相关实验证据,LBCO催化的H-O反应被证明发生在LBCO薄膜表面,并提出了气体传感器在探测H2或者其它还原性气体时所表现出的高灵敏度与通过LBCO催化反应维持的持续向LBCO薄膜注入电子有关。这一物理模型对于设计和改进其它类型的气体传感器的灵敏度也具有重要价值。(4)基于低成本和大规模应用方面的考虑,探索了利用射频磁控溅射方法沉积外延的LBCO薄膜的优化生长工艺。研究结果显示：LBCO薄膜在MgO(001)基片上的外延生长窗口相当窄,与基片温度和沉积速率密切相关。在本工作中,在87 W、830 ℃及7 Pa的优化条件下,通过射频溅射～5 mm厚的LBCO陶瓷靶,成功实现了LBCO薄膜在MgO(001)基片上的外延生长,外延关系确定为LBCO(001)//MgO(001)和LBCO [100]//MgO[100]。在此基础上,发明了用高温退火方法修复因机械加工和抛光导致的MgO(001)基片的表面损伤以进一步改善LBCO薄膜的结晶度。利用在洁净大气环境中经1200、1350和1400℃退火3小时的MgO基片,首次利用射频磁控溅射方法制备出了具有单晶特征的高度外延的LBCO薄膜。(5)因为文献中难以查到LBCO材料相关的光学常数,所以,利用磁控溅射方法制备的外延生长在MgO(001)基片上的LBCO薄膜,首次详细研究了其光学性质。在紫外到红外的整个波段,LBCO薄膜介电函数的实部和虚部均为正值,而且吸收光谱也没有明显的带隙吸收特征。因此,LBCO薄膜所表现出的光学性质不同于典型的金属和典型的半导体,所以被指认为半金属性。在4.5到0.1 eV的能量范围内,吸收系数几乎从3.7×105线性降低至6.7×103cm-1, 并且在光子能量为～3.20 eV附近,存在一个允许的直接紫外跃迁。在245～1700 nm的光波范围内,通过吸收系数计算的LBCO薄膜的光电导率随着光子能量的增加从～150增大到～1500 S/cm, 远大于其直流电导率,说明LBCO薄膜在光探测和太阳能电池方面有潜在的应用。(本文来源于《大连理工大学》期刊2016-09-01）
陈露[10]（2016）在《金属氧化物纳米材料气敏光学传感器研究进展》一文中研究指出金属氧化物纳米材料气敏光学传感器较已经成为近几年国内外研究的热点。本文综述了几种主要金属氧化物纳米材料气敏光学传感器的研究,阐述了气敏光学纳米材料的制备技术及气敏光学机理,综述金属氧化物纳米材料气敏光学传感器的发展方向。(本文来源于《科技经济导刊》期刊2016年19期）
光学气敏论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
随着工业的发展,由于废气的乱排乱放,当今世界的环境污染日益严重。怎样快速而有效的监控、治理环境中受污染气体,是当今世界研究的热点问题。TiO_2是一种稳定的金属氧化物,同时,也是一种拥有许多优点和缺点的半导体,它的优点是:价格低廉、无毒无污染,并且,TiO_2耐高温并且不易受化学反应的影响。光学气敏传感效应是通过在吸附气体后改变材料的光学性质来反映环境气体成分。TiO_2是一种灵敏度高,响应时间短的光学气敏传感材料。通过掺杂非金属元素或者金属元素来改变锐钛矿TiO_2表面的氧化还原性能,从而研究对气体分子的吸附特性来提高光学传感特性已成为近年来的研究热点,它可用于检测和监测环境污染。本文的研究思路如下:氧空位吸附气体的本质就是电子的得失,吸附还原性气体,就要增强氧空位的氧化性,相反吸附氧化性气体就要增强氧空位的还原性,而要想增强或者减弱氧空位氧化还原性的措施就是通过掺入杂质原子;因此,本文通过在不同的非金属掺杂锐钛矿TiO_2表面吸附还原性气体来分析表面的氧化性能,以及通过强氧化性气体在不同金属掺杂锐钛矿TiO_2表面的吸附结构优化后,分析其表面的还原性能,从而研究材料表面的光学气敏特性。具体研究内容和过程如下:1.采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后吸附NH_3分子的微观机理。分析发现:C掺杂提升了材料对低能可见光的响应;而C-N双掺杂体系,使材料对400nm~570nm范围内的可见光吸收系数大大提高。所以,单掺杂C元素以及双掺杂C-N元素都能明显的提高材料的光学气敏传感特性。2.计算研究了Cu、Cr元素掺杂锐钛矿型TiO_2表面以及清洁表面含氧空位吸附SO_2分子的结合能、吸附能、吸附距离、电荷布居、态密度、电荷转移、光学性质等。研究发现:掺杂表面能稳定的吸附SO_2分子,吸附后材料的光学性质发生显着变化,叁种表面吸附SO_2分子后,表面都失去电子,得出表面的还原性的强弱为:Cr>Cu>无掺杂;通过对比吸收光谱和反射光谱发现Cr掺杂基底在可见光范围内的净吸收最大。因此,对于吸附氧化性气体,Cr掺杂的TiO_2是一种更好的光学气敏传感材料。3.计算了Cu、Cr元素掺杂锐钛矿TiO_2表面以及清洁表面含氧空位吸附O_3后的物理量,分析发现:氧化物表面氧化性强弱关系为:Cr掺杂表面>Cr掺杂表面>无掺杂表面;分析光学性质发现:Cr掺杂体系对光的利用率最高;Cr元素掺入基底,使光学气敏材料TiO_2表面的光学气敏传感特性有显着提高。通过以上研究,发现TiO_2表面杂质具有如下特性:对于非金属掺杂,由于C-N掺杂的协同作用,使基底得到电子的能力增强,因此提高了表面的氧化性,改善了表面对还原性气体的光催化性能;对于过渡金属掺杂,由于Cu和Cr元素最外层都是4S电子,而4S层电子很容易失去电子,故降低了表面的氧化性,因此对于吸附氧化性气体而言,Cu-Cr共掺杂TiO_2可有效提高TiO_2的光学气敏性能。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
光学气敏论文参考文献
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