光通断调制下金属氧化物的气敏瞬态特征获取与选择性调控研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51204072
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    张顺平
  • 依托单位：
    华中科技大学
  • 学科分类：
    E0408.安全科学与工程
  • 结题年份：
    2015
  • 批准年份：
    2012
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

Metal oxide gas sensor is widely used in many applications. One serious problem of metal oxide is the poor selectivity. To modulate gas concentration or working temperature in measuring process, the dynamic response of metal oxide could be gotten. And the selectivity could be improved by the dynamic response. However, gas concentration modulation is limited by the sample sort and the structure unity of testing chamber; temperature modulation has defects of device structure complexity, difficulty in temperature precisely control, and high cost. In this proposal, light on-off modualtion is used to get dynamic reponse. The light on-off modulation does not have the above defects of gas concentration or working temperature modulation. In addition, the selectivity of metal oxide could be higher improved by light on-off modulation with the reasons that: it has different activation light wavelengths towards different sorts of gas. The research in light on-off modulation, could help the understanding of the mechanism of gas-light response of metal oxide, and accelerate the application of metal oxide gas sensor and sensor array in air quality detection and mine safety monitoring.
金属氧化物半导体是研究最多与应用最广泛的气敏元件类型之一，其存在最主要的缺陷是选择性差。目前，可控调节测试条件中的气体浓度或工作温度，可获取元件瞬态电导信号，增强金属氧化物气敏元件的选择性，但调节气体浓度方式受气体类别与测试腔结构一致性限制；温度调制方式存在器件结构复杂、温度难准确控制、成本高等缺陷。本课题拟采用光通断调制方式获取金属氧化物气敏的瞬态电导信号，不仅可克服上述缺陷，由于光生载流子可改变表面活性中心数量，以及光对不同类别气体存在不同的最佳活化波长，光通断调制方式在增强金属氧化物气敏元件选择性上可具有更优的性能。本课题的开展，对于金属氧化物的气体光电响应机制，以及金属氧化物气敏元件选择性调控机制等研究有着重要的科学意义；对金属氧化物气敏元件及元件阵列在煤矿安全、空气质量等在线检测应用中的推广有着重要的实用意义。

结项摘要

金属氧化物气敏材料存在选择性差的缺陷，本研究通过光调制方式增强金属氧化物气敏选择性。开展的主要工作包括：制备了200余种金属氧化物气敏浆料，建立了浆料库；搭建了多通道光热激发高通量筛选平台，并研制了光热激发8元件阵列模组，以及光热激发顶空气味分析仪；针对甲烷、SO2、H2S、苯等气体，基于光激发对材料库材料进行了高通量性能测试和筛选；验证了光热调制对选择性的提高，并建立了相关机制模型；对程序降温和光热联合调制技术进行了研究，得到了一种同时提高敏感性和选择性的光热调制方法。其中通过光激发TiO2材料在60℃下对甲醛的检测限可到100 ppb，且受环境湿度影响较小；通过光调制激发WO3材料可以有效区分CO、H2、乙醇、乙酸等气体类型；通过程序降温可将金属氧化物对气体的敏感度提高10-100倍；通过光热联合调制既可以提高敏感性，又能提高选择性。上述研究工作的结果对金属氧化物阵列在气体/气味分析领域的实用化有重要意义，对光、热、气氛、金属氧化物之间的交互作用机制的后续研究有重要指导意义。

项目成果

期刊论文数量（23）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
A novel approach to fabricate metal oxide nanowire-like networks based coplanar gas sensors array for enhanced selectivity
一种制造基于共面气体传感器阵列的金属氧化物纳米线状网络以增强选择性的新方法
  • DOI：
    10.1016/j.snb.2014.07.076
  • 发表时间：
    2014-12
  • 期刊：
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Xuelian Peng;Hao Wang;Shunping Zhang;Changsheng Xie
  • 通讯作者：
    Changsheng Xie
An In2O3 nanowire-like network fabricated on coplanar sensor surface by sacrificial CNTs for enhanced gas sensing performance
通过牺牲 CNT 在共面传感器表面上制造 In2O3 纳米线状网络，以增强气体传感性能
  • DOI：
    10.1016/j.snb.2013.05.007
  • 发表时间：
    2013-08
  • 期刊：
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zeng, Dawen;Xu, Keng;Zhang, Shunping;Xie, Changsheng
  • 通讯作者：
    Xie, Changsheng
Enhanced response to NO2 with CuO/ZnO laminated heterostructured configuration
CuO/ZnO 层状异质结构增强对 NO2 的响应
  • DOI：
    10.1016/j.snb.2014.01.030
  • 发表时间：
    2014-05-01
  • 期刊：
    SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Yang, Li;Xie, Changsheng;Zhang, Shunping
  • 通讯作者：
    Zhang, Shunping
A comparative study of microstructures on the photoelectric properties of tungsten trioxide films with plate-like arrays
板状阵列三氧化钨薄膜光电性能微观结构对比研究
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2014.01.095
  • 发表时间：
    2014-04
  • 期刊：
    Applied Surface Science
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Zhang, Shunping;Zou, Zhijun;Tian, Kuan;Xie, Changsheng
  • 通讯作者：
    Xie, Changsheng
Specially environmental responses induced by multi-field coupling for nanocrystalline SnO2 porous film as gas sensor
纳米晶 SnO2 多孔薄膜作为气体传感器的多场耦合引起的特殊环境响应
  • DOI：
    10.1016/j.snb.2013.03.013
  • 发表时间：
    2013-06
  • 期刊：
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhang, Guozhu;Zhang, Shasha;Li, Huayao;Xie, Changsheng
  • 通讯作者：
    Xie, Changsheng

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    --
  • 作者：
    凡陈玲;张顺平;李宇骁;谢长生;FAN Chen-ling,ZHANG Shun-ping,LI Yu-xiao,XIE Chang
  • 通讯作者：
    FAN Chen-ling,ZHANG Shun-ping,LI Yu-xiao,XIE Chang
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  • 作者：
    田野;肖保国;张顺平;邢建文
  • 通讯作者：
    邢建文

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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