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In_2O_3的掺杂及气敏性能研究

In_2O_3的掺杂及气敏性能研究
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graphene气敏性能_张焕林

石墨烯气敏性能的研究进展 张焕林1,李芳芳2,刘柯钊1 (1 表面物理与化学重点实验室,绵阳621907;2 中国工程物理研究院,绵阳621900 )摘要 石墨烯因具有高的电子迁移率和超大的比表面积而有望成为新一代的气敏材料,近年来有关石墨烯气体传感器的研究工作逐年增加。概述了石墨烯的结构和特性;介绍了典型石墨烯气体传感器的工作原理;综述了本征和功能化石墨烯的多种气体气敏特性在理论和实验上的研究现状。 关键词 石墨烯 本征石墨烯 改性石墨烯 气敏特性 Research Progress in Gas Sensitivity  of GrapheneZHANG Huanlin1,LI Fangfang2, LIU Kezhao1 (1 Science and Technology on Surface Physics and Chemistry Laboratory,Mianyang  621907;2 China Academy of Engineering Physics,Mianyang  621900)Abstract Owing to its exceptionally high carrier mobilities and extremely large surface-to-volume ratio,gra-phene is thought to be a promising material for gas sensing.Recent years there are more and more reported articlesabout gas sensitivity of graphene.The structure and properties of graphene are summarized and the operational princi-ple of gas sensor based on graphene is also described.We mainly introduced the recent theoretical and experimentalstatus on sensitivity  of pristine and modified graphene to various gases.Key  words graphene,pristine graphene,modified graphene,gas sensitivity 张焕林:女,硕士研究生,从事碳材料的功能化研究 E-mail:zhang hl06@126.com0 引言 石墨烯是除了石墨、金刚石、富勒烯和碳纳米管之外碳元素的又一种同素异形体。它是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状结构, 是构成其他维数材料的基本结构单元,它可以包裹成零维的富勒烯,卷曲成一维的碳纳米管或者堆 垛成三维的石墨[1] 。2004年英国曼彻斯特大学的物理学教授Geim的研究组[2] 用高度定向的热解石墨(HOPG) 首次获得了独立存在的高质量的石墨烯, 并对其电学性能进行了系统表征。研究发现石墨烯存在双极性电场效应,具有极大的载流子浓度、超高的载流子迁移率和亚微米尺度的弹性输运等特性。这些优异的性能引起了物理学、 材料学、化学等科研领域的广泛关注,掀起了继富勒烯和碳纳米管后的又一次碳材料研究热潮。石墨烯的发现者Geim教授和Novoselov 博士也因此被授予2010年度诺贝尔物理学奖。 2007年Schedin等[3] 首先发现, 用石墨烯制备的传感器可以检测到单个分子在石墨烯表面的吸附和解吸附行为,这 引起了科学界的极大关注。研究者们随后研究了微机械剥离、化学剥离和化学气相沉积等方法制备的石墨烯的气敏特性,发现本征石墨烯只对NO2、NH3等少数气体有较高的灵敏度。于是理论研究者纷纷开始了本征、掺杂和缺陷石墨烯与气体吸附作用机制的研究,发现具有一定缺陷或掺杂的石墨烯对特定的气体有较强的吸附。在理论研究的指导下,最近研究者对石墨烯进行了有目的地掺杂和功能化研究以提 高石墨烯对特定气体的选择性和灵敏度。本文着重介绍本征石墨烯的气敏特性、对气体分子的吸附作用,以及功能化石墨烯对氢气的响应特性。 1 石墨烯的结构和特性 石墨烯是由sp2 杂化的碳原子紧密排列构成的二维六角 结构的单层石墨,每个碳原子通过σ键与相邻的3个碳原子连接,这些强C-C键的网状结构使石墨烯片层具有优异的结构刚性。每个碳原子都有1个未成键的电子, 这些电子在与原子平面垂直的方向上形成的离域π轨道上自由运动,赋予 石墨烯良好的导电性[4]。石墨烯sp2 杂化的碳碳键的长度为0.142nm[5],单原子层的理论厚度为0.34nm[6] 。图1为石墨 烯的能带结构和布里渊区图[7] ,价带和导带在费米能级的6 个顶点上相交,由此表明石墨烯是一种零带隙的物质,具有 金属性。石墨烯中电子的典型传导速率为8×105  m·s -1,接近光在真空中传播速度的1/400 ,比一般半导体的电子传导速率大得多[8] 。除此之外,当石墨烯被裁剪为宽度小于 10nm的纳米条带时会产生一定的带隙, 这种半导体石墨烯在晶体管中有较大的潜在应用价值[ 9] 。目前已证实的石墨烯的优异的物理性质包括:室温下高 的电子迁移率(15000cm2·V-1·s-1)[2,10] ;优异的热导率(约5000W·m-1·K-1)[11] ,是Cu热导率的10倍多;超高的力学性能,破坏强度为42N/m,杨氏模量为1.0TPa[1 2] ;超大的比表面积,理论值为2630m 2·g-1[13];几乎完全透明,光透· 93·石墨烯气敏性能的研究进展/张焕林等

理想气体的性质

第三章 理想气体的性质 一、目的及要求: 了解理解气体的特点及性质,掌握理想气体比热容、热力学能、焓,熵等量的计算方法。了解混合理想气体的性质及热力学参数的计算。二、内容: 3.1 理想气体的概念及其状态方程式 3.2 理想气体的比热、热力学能、焓及熵 3.3 理想气体的混合物 三、重点及难点: 3.1 熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式。 正确理解理想气体比热容的概念;熟练掌握和正确应用定值比热容、平均比热容来计算 过程热量,以及计算理想气体热力学能、焓和熵的变化。四、主要外语词汇: ideal gas, real gas,the heat capacity, properties, Dalton’s law of partial pressure , 五、本章节采用多媒体课件 六、复习思考题及作业: 思考题: 1、何谓理想气体和实际气体?火电厂的工质水蒸气可视为理想气体吗? 2、气体常数和通用气体常数有何区别和联系? 3、气体常数Rg 与气体种类是否有关?与状态呢? 4、理想气体的cp -cv =,与气体状态关? 5、容器内盛有一定状态的理想气体,如将气体放出一部分后重新又达到新的平衡状态, 6、放气前后两个平衡状态之间可否表示为下列形式: (a) 112212p v p v T T = (b) 112212 p V p V T T = 作业: 3-3,3-4,3-6,3-9,3-10,3-14,3-18 第三章 理想气体的性质 §3-1 理想气体的概念

理想气体是一种实际不存在的假象气体,其两点假设为: ① 分子是些弹性的、不具体积的质点。 ②分子间相互没有作用力。 在这两点假设条件下,气体分子的运动规律极大的简化了,分子两次碰撞之间为直线运动,且弹性碰撞无动能损失。对此简化了的物理模型,不但可定性地分析气体某些热力现象,而且可定量的导出状态参数间存在的简单函数关系。那么,由哪些气体可看成是理想气体呢? 众所周知,高温、低压的气体密度小、比体积大,若大到分子本身体积远小于其活动空间,分子间平均距离远到作用力极其微弱的状态就很接近理想气体。因此,理想气体是气体压力趋近于零(0→p )、比体积趋近于无穷大(∞→v )时的极限状态。工程中常用的氧气、氮气、氢气、一氧化碳等及其混和空气、燃气、烟气等工质,在通常使用的温度、压力下都可作为理想气体处理,误差一般都在工程计算允许的精度范围之内。如空气在室温下、压力达10MPa 时,按理想气体状态方程计算的比体积误差在1%左右。不符合上述两点假设的气态物质称为实际气体。蒸汽动力装置中采用的工质水蒸气,制冷装置的工质氟里昂蒸汽、氨蒸汽等,这类物质的临界温度较高,蒸汽在通常的工作温度和压力下离液态不远,不能看作理想气体。通常,蒸汽的比体积较气体小得多,分子本身体积不容忽略,分子间的内聚力随距离减小急剧增大。因而,实际气体运动规律极其复杂,宏观上反映为状态参数的函数关系式复杂,热工计算种需要借助于计算机或利用为各种蒸汽专门编制的图或表。实际气体的性质将在第六章中讨论。而对于大气中含有的少量水蒸气,燃气和烟气中含有的水蒸气和二氧化碳等,因分子浓度低,分压力甚小,在这些混合物的温度不太低时仍可视作为理想气体。**注:当工质温度超过临界温度后,即使压力再高,工质也不存在液相。 对于理想气体而言,其热力学能u 和焓h 只是温度的函数,原因如下: 由于理想气体分子间不具作用力,因此不存在内位能,只存在取决于温度的内动能,因而与体积v 无关,u 只是温度T 的单值函数,即:u = u ( T )。又因为h = u + pv ,

实验三 活性氧化锌粉体制备及气敏性能测定

实验三、活性氧化锌粉体制备及气敏性能测定 氧化锌是一种多功能材料,在压电陶瓷、颜料、石油化工、催化、橡胶、塑料、涂料、电子及敏感材料等领域得到广泛应用。作为半导体气敏材料,氧化锌是研究最早、应用最广泛的气敏材料之一,它的优点是对可燃气体具有较高的检测灵敏度,通过掺杂提高其气敏选择性,从而达到对硫化氢、液化气、乙醇蒸汽和一氧化碳等气体的选择性检测。氧化锌气敏材料的缺点是工作温度较高,一般为400 ~ 500℃,气敏选择性较差。因此,对氧化锌气敏材料的改进主要集中在提高灵敏度、改善选择性、降低功耗等方面。其方法有贵金属或稀土金属掺杂、氧化物复合以及元件表面修饰等。 活性氧化锌的制备方法主要是化学沉淀法,其中包括直接沉淀法和间接沉淀法。直接沉淀法是向锌溶液中加入沉淀剂(如碳酸铵,氨水,草酸铵等),直接发生反应形成氧化锌前驱物沉淀,之后煅烧得到活性氧化锌粉末。间接沉淀法是向锌溶液中加入尿素或六次甲基四铵等均相沉淀剂,通过它们在溶液中进行的化学反应(生成沉淀剂)使前驱物沉淀在溶液中均匀缓慢析出,经煅烧得到活性氧化锌粉体。 本实验用稀硫酸酸浸锌焙砂得到Zn2+溶液,之后以碳酸铵为沉淀剂,采用直接沉淀法制备活性氧化锌粉体。将该粉体涂敷在陶瓷管表面制成气敏元件,用电压测量法测定活性氧化锌对乙醇蒸汽的气敏性能。 一、实验目的 1、通过氧化锌粉体的制备,了解液相法制备粉体材料的一般方法和过程; 2、了解和使用差热-热重分析(TG?DTA)测定固体物质的热分解性能; 3、使用X?射线衍射分析(XRD)测定固体物质的物相结构; 4、通过氧化锌气敏材料的制备和性能测试,了解其它气敏材料的制备、气敏性能测定的一般方法。 二、基本原理 1、锌焙砂制备氧化锌 锌焙砂系由锌精矿经氧化焙烧得到,用稀硫酸溶解时发生下列反应: ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O 锌焙砂中的杂质元素也和硫酸反应 FeO·Fe2O3 + 4 H2SO4 = FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4 H2O MnO2 + H2SO4 = MnSO4 + 1/2 O2 + H2O CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O CdO + H2SO4 = CdSO4 + H2O NiO + H2SO4 = NiSO4 + H2O 从共存杂质元素性质可知除杂的关键是除去铁、锰。而Cu2+、Cd2+、Ni2+等则可以通过往溶液中加入过量的锌粉,Zn与相应离子发生置换反应使Cu、Cd、Ni等与过量的Zn 粉一起沉淀析出,从而达到除杂的目的。 在弱酸性介质中加入高锰酸钾溶液, 使Fe2+氧化为Fe3+, Mn2+氧化为四价锰,最后以MnO2·x H2O形式沉淀去除。调整PH值至5.0时Fe3+生成Fe(OH)3沉淀,过滤除去,得到硫酸锌精溶液,再加入碳酸铵溶液,即得碱式碳酸锌沉淀,碱式碳酸锌热分解即得活性氧化锌。 4 ZnSO4 + 4 (NH4)2CO3 + 4 H2O = Zn4CO3(OH)6·H2O + 4 (NH4)2SO4 + 3 CO2 Zn4CO3(OH)6·H2O = 4 ZnO + CO2 + 4 H2O 2、半导体气敏陶瓷的工作机制

气溶胶的光学特性参数

气溶胶的光学特性参数 (1)气溶胶光学厚度 气溶胶光学厚度,英文名称为AOD(Aerosol Optical Depth)或AOT(Aerosol Optical Thickness),表示的是单位截面的垂直气柱上的透过率,有时候又叫大气混浊度,它是一个无量纲的正值。数值范围在0-1之间,0代表完全不透明大气,1代表完全透明的大气,气溶胶光学厚度越大,大气透过率越低。值的大小主要由气溶胶质粒的数密度、尺度分布、气溶胶类型等物理、光学属性来决定。 气溶胶光学厚度的反演: 公式:L=L0+F*T*P/[1-S*P] L:传感器收到的辐射;L0:大气路径辐射;F:下行辐射 P:地表反射率;T:大气透过率;S:大气半球反射率 F*T*P/[1-S*P]:地表反射辐射 对于大气路径辐射项L0,它只是大气气溶胶光学厚度和几何参数的函数,假如地表反射辐射比较小或为零,就可以通过大气路径辐射项来反演获得气溶胶光学厚度,对于地表反射辐射(F*T*P/[1-S*P])来说,仅是气溶胶光学厚度的函数,如果消去路径辐射信息,便可以通过它来反演气溶胶光学厚度。 (2)散射相函数 散射相函数反映的是电磁波入射能量经粒子散射后在方向上的分布,或者称相函数是粒子(散射体)将某个方向的入射波散射到其他方向的概率。定义相函数P(θ)为在θ角方向的散射辐射能量与各向同性散射时该方向的散射辐射能量之比。目前,常用的相函数有Mie散射相函数、HG相函数、双HG相函数和改进的HG*相函数等,这些函数各有优缺点。 Mie散射相函数: P Mie(θ)= [S1(θ)2 +S2(θ) 2]/ 2πα2 Qsca α=2πR/λ:球形气溶胶粒子的尺寸参数; S1(θ)、S2(θ):散射振幅矩阵元; Qsca:气溶胶粒子的散射效率因子; S1(θ)、S2(θ)和Qsca可由Mie展开系数求解,Mie散射相函数适合于球形粒子求解。 (3)单次散射反照率 单次散射反照率(single scattering albedo,SSA),在随机介质中传播的光将会被介质中的粒子散射和吸收而衰减,我们称之为消光,其中因散射而导致入射光消光在总消光中所占的比例,可以用粒子的平均单次散射反照率来表示,其定义为: 0(x,m)= Cs(x,m)/C(x,m) C、Cs:粒子的消光截面和散射截面,消光截面是粒子或粒子群在电磁波传播路径上对电磁波衰减能力的度量; x=2πr/λ:为粒子的尺度因子,r、λ分别为粒子的半径和入射光的波长; m:复折射率,为复数m=n–ki,式中实数部分n为介质的折射率,虚数部分的k为介质的吸收系数; 如果用Ca表示粒子的吸收截面,则应满足C=Cs+Ca;如果粒子对入射光完全无吸收,即Ca=0,于是C=Cs,反照率为1,达到它的最大值。粒子有吸收时,反照率介于0到1之间。

SnO2材料气敏性能研究进展

SnO2材料气敏性能研究进展 1.气体传感器的定义与研究意义 气体传感器是传感器领域的一个重要分支,是一种将气体的成分、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等使用的信息的装置。它主要用来检测气体的种类和浓度,对接触气体产生响应并转化成电信号从而达到对气体进行定量或半定量检测报警的目的。气体传感器现已在人类的生产生活中得到了广泛的应用,在民用方面,主要是检测天然气、煤气的泄露,二氧化碳气体含量、烟雾杂质和某些难闻的气味及火灾发生等;在工业方面,主要是检测硫化物、氮氧化物、CH4、CO、CO2及Cl2等有毒或有害的气体,检测有机溶剂和磷烷、砷烷等剧毒气体,检测电力变压器油变质而产生的氢气,检测食品的新鲜度,检测空燃比或废气中的氧气的含量以及检测驾驶员呼气中酒精含量等;在农业生产上,主要是检测温度和湿度、CO2,土壤干燥度、土壤养分和光照度。因此,气敏传感器的研究具有非常重要的意义。 2.气体传感器的分类 按基体材料的不同,气敏传感器还可分为固体电解质气体传感器、有机高分子半导体传感器,金属氧化物半导体气体传感器;按被检测的气体不同,气敏传感器可分为酒敏器件、氢敏器件、氧敏器件等。固体电解质气体传感器使用固体电解质做气敏材料,主要是通过测量气敏材料通过气体时形成的电动势而测量气体浓度。这种传感器电导率高,灵敏度和选择性好,得到了广泛的应用。高分子气敏传感器通过测量气敏材料吸收气体后的电阻、电动势、声波在材料表面传播速度或频率以及重量的变化来测量气体浓度。高分子气体传感器具有许多的优点,如对特定气体分子灵敏度高,选择性好,且结构简单,能在常温下使用,可以补充其它气体传感器的不足。金属氧化物半导体气体传感器是一类研究时间较长、应用前景较好的传感器,它主要根据材料表面接触气体后电阻发生变化的原理来检测气体。因为金属氧化物半导体中多数载流子的不同而分为P型和N型。N 型半导体材料中,主要是晶格内部存在氧离子的缺位或阳离子的填隙,此类材料主要包括SnO、ZnO、In2O3、a-Fe2O3、WO3、ZnFe2O4、CdO和TiO2等。在P

各种气体的性质总结

各种气体的性质总结 一:气体名称:氧气 反应方程式:2KClO3=(MnO2)=△=2KCl+3O2↑ 反应物状态:固固加热 水溶性:难溶 , 颜色:无色 ,气味:无味 收集方法:向上排空气法,排水法 排空气验满方法:带火星木条,复燃 可选用的干燥剂:浓H2SO4,无水CuSO4,碱石灰,无水CaCl2,P2O5 其他制取方法:2KMnO4=△=K2MnO4+MnO2+O2↑;2H2O2=(MnO2)=2H2O+O2↑ 注意事项:KClO3催化分解时试管中不能混有任何可燃物,否则引起爆炸。二:气体名称:氢气 反应方程式:Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑ 反应物状态:固液常温 水溶性:难溶, 颜色:无色,气味:无味 收集方法:向下排空气法,排水法 可选用的干燥剂:浓H2SO4,无水CuSO4,碱石灰,无水CaCl2,P2O5 其他制取方法:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑;CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2↑注意事项:不能使用浓H2SO4和任何浓度的HNO3。点燃或加热前必须验纯三:三气体名称:氯气 反应方程式:MnO2+4HCl(浓)=△=MnCl2+Cl2↑+2H2O 反应物状态:固液加热, 水溶性:可溶(1:2) , 颜色:黄绿色, 气味:刺激性气味(有毒!) 收集方法:向上排空气法,排饱和食盐水法 排空气验满方法:观察颜色;湿润的淀粉-KI试纸,试纸变蓝 可选用的干燥剂:浓H2SO4,无水CuSO4,无水CaCl2,P2O5 其他制取方法:2KMnO4+16HCl=2MnCl2+2KCl+5Cl2+8H2O 注意事项:必须在通风橱中操作,尾气用碱吸收,以免污染大气。 四:气体名称:氮气 反应方程式:NaNO2(固体)+NH4Cl(饱和)=△=NaCl+N2↑+2H2O 反应物状态:固液加热, 水溶性:难溶, 颜色:无色, 气味:无味 收集方法:排水法,向下排空气法 排空气验满方法:燃着的木条,熄灭 可选用的干燥剂:浓H2SO4,无水CuSO4,碱石灰,无水CaCl2,P2O5五:气体五:名称:氯化氢 反应方程式:NaCl+H2SO4(浓)=△=NaHSO4+HCl↑

3-3气体性质

1、用弹簧测力计拉着一支薄壁平底玻璃试管,将它的开口向下插在水银槽中,由于管内有一部分空气,此时试管内水银面比管外水银面高h 。若试管本身的重力与管壁的厚度均不计,此时弹簧测量力计的示数等于( ) A 、进入试管内的H 高水银柱的重力 B 、外部大气与内部空气对试管底的压力之差 C 、试管内高出管外水银面的h 高水银柱的重力 D 、上面A 、C 所述的两个数值之差 2、如图所示,一圆柱形容器上部圆筒较细,下部的圆筒较粗且足够长,容器的底是一个可以沿下部圆筒无摩擦移动的活塞S ,用细绳通过测量力计F 将活塞提着,容器中盛水。开始时,水面与上部圆筒的开口处在同一水平面上,在提着活塞缓慢地下移,在这个过程中,测力计的示数是( ) A、先变小,后保持不变 B 、一直保持不变 C 、先变大,后变小 D 、先变小,后变大 3、如图所示,a 管上端封闭,下端开口。轻弹a 管,使两段水银柱及被两段水银柱封闭的空气柱合在一起。若此过程中温度不变,水银柱与管壁密封很好,则b 管水银柱的下端面A | 与原来a 管水银柱的下端面A 相比,将( ) A 、在同一高度 B 、稍高 C 、稍低 D 、条件不中,无法判断 4、如图所示,一个壁厚可以不计、质量为M的汽缸放在光滑的水平地面上活塞质量为m ,面积为S ,内部封有一定质量的气体。活塞不漏气,不计摩擦,外界大气压为p 0,若在活塞上加一水平向左的恒力F (不考虑气体温度的变化),求汽缸和活塞以共同加速度运动时,缸内气体的压强多大?

5、气压式保温瓶内密封空气体积为V,瓶内水面与出水口的高 水口流出,瓶内空气压缩量△V至少为多少? 6、房间里气温升高3℃时,房间内的空气将逸出1%,由此可计算出房间内原来的温度是多少℃? 7、一个开着窗户的房间,温度为7℃时室内的气体为mkg,当温度升高到27℃时室内空气的质量为多少kg? 8、粗细均匀一端封闭长为12cm的玻璃管,一个人手持玻璃管开口向下潜入水中,当潜到水下某深度时看到水进入玻璃管口2cm,求人潜入水中的深度。(取水面上大气压为p0=1.0×105p a,g=10m/s2) 9、如图所示,汽缸中封闭着温度为100℃的空气,一重物用绳索经滑轮跟汽缸中活塞相连接,重物和活塞都处于平衡状态,这时活塞离汽缸底的高度为10cm,如果缸内空气变 为0℃,重物将上升多少厘米?

气溶胶光学特性的反演方法研究

气溶胶光学特性的反演方法研究 韩 冰,高 飞,李铜基 (国家海洋技术中心,天津 300111) 摘 要:气溶胶是大气重要组成部分,其对地球的辐射收支平衡以及气候变化均有非常重要的贡献。文中根据非线性辐射传输理论,研究了从自动观测太阳光度计(CE318)多角度的天空扫描数据获取气溶胶粒子谱分布、散射相函数等光学特性的反演方法,并对2000年10月27日、30日南海试验的观测数据进行了分析,取得了较好效果。关键词:气溶胶;粒子谱分布;散射相函数;辐射传输 中图分类号:T P722.4 文献标识码:B 文章编号:1003-2029(2006)03-0055-06 1 引言 气溶胶的严格含意是指悬浮在气体中的固体和(或)液体微粒与气体载体共同组成的多相体系[1]。相应地,大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系。大气气溶胶粒子的直径多在10-3~102L m之间,包括可溶性的(如海盐粒子)和不可溶性的(如化石燃料的氧化物)粒子。依其形成机制则可分为自然因子与人为因子,前者主要是经由地表的自然风化过程和海洋表面的碎浪过程而进入大气,后者则是来自人类工业文明所产生微小污染物[2]。气溶胶对地球的辐射收支平衡继而气候变化均有非常重要的贡献,但是目前人们对气溶胶的了解非常欠缺。气溶胶的辐射贡献包括两部分:一是直接辐射贡献,即气溶胶对太阳辐射进行吸收、散射等引起的;二是通过改变云的微观物理特性而产生的间接影响。 首先,气溶胶对气候的影响方面,M cCo rm ick和L ud-wig认为[3],气溶胶会增加太阳辐射的反照率,进而导致地球的长期性冷却效果,而Char lso n和Pilat[4]也曾提出气溶胶对大气系统能量收支的影响,即气溶胶透过吸收、散射和放射过程直接影响地球能量的收支。其次,在卫星数据校正方面,气溶胶对卫星信号的贡献是很难准确估算的部分,因而通过研究气溶胶的光学特性必然会提高估算的准确性。 利用地面的光谱辐射计对大气进行观测,是目前广泛使用的研究大气特性的方法之一。其中自动太阳光度计是一种不受天气限制、自动跟踪并存储数据的辐射计,在世界范围内得到认可并大量使用,例如A ERO N ET气溶胶观测网[5]采用的就是这种仪器。CE318具有天空辐亮度扫描的 收稿日期:2006-01-20功能,利用其测量数据可反演气溶胶粒子谱分布、散射相函数等信息。本文以2000年10月27日、30日海南三亚的观测数据为例,利用CE318多角度的天空扫描数据,采用非线性数值方法对气溶胶光学特性反演方法进行了研究。 2 太阳光度计测量原理 CE318是法国CIM EL公司生产的一种自动跟踪扫描太阳辐射计,该仪器在可见近红外设有8个观测通道,它不仅能自动跟踪太阳作太阳直射辐射测量,而且可以进行太阳等高度角天空扫描、太阳主平面扫描和极化通道天空扫描。CE318能自动存储和传输测量数据,实现自动测量采集和远程数据传输。CE318天空扫描主要有两种模式:平维圈扫描和主平面扫描。平维圈扫描是指观测时保持仪器的天顶角与太阳天顶角相同,而仪器与太阳的相对方位角逐渐变化;主平面扫描是指观测时仪器与太阳之间的相对方位角不变,而仪器的天顶角变化[5]。 CI M EL318辐射计测量太阳直射辐射F和漫射辐射E: F=F0ex p(-m S)(1) E(H0,<)≡E(()=m XS P(()F$8+q(()(2)式中:F0是大气层外的辐射通量;S是总的大气光学厚度; m是大气光学质量;H0是太阳天顶角;<是观测的方位角;(是散射角;X是整个大气层内单次反照率;P(()是总的相函数(包括瑞利散射和气溶胶散射两部分);$8是观测辐射计的立体观测角;q(()表示多次散射的贡献[6]。 为了减少仪器带来的系统误差,我们将观测数据用太阳直射辐射进行标准化,即: E(()≡ m XS P(()F$8+q(() Fm$8 =XS P(()+r(()(3) 通过多角度的天空扫描,我们可以通过非线性数值方 第25卷 第3期2006年9月 海 洋 技 术 OCEAN T ECHNOLOGY Vol.25,No.3 Sept,2006

气溶胶光学厚度

第2章 气溶胶光学厚度反演的原理和方法 气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth )简称AOD ,定义为介质的消光系数在垂直方向上的积分,描述的是气溶胶对光的消减作用[7]。它是气溶胶最重要的参数之一,表征大气浑浊程度的关键物理量,也是确定气溶胶气候效应的重要因素。。通常高的AOD 值预示着气溶胶纵向积累的增长,因此导致了大气能见度的降低。现阶段对于AOD 的监测主要有地基遥感和卫星遥感两种方法。其中地基遥感又有多种形式:多波段光度计遥感、全波段太阳直接辐射遥感、激光雷达遥感等。其中多波段光度计遥感是目前地基遥感研究中采用的最广泛的方法。美国NASA 和法国LOA-PHOTONS 联合建立的全球地基气溶胶遥感观测网AERONET 所使用的就是多波段太阳光度计(Sun/Sky Photomerers ),在全球共布设1217个站点长期观测全球气溶胶的光学特性,积累了大量的AOD 数据,并用作检测气溶胶光学厚度反演精度的标准。而近年来卫星遥感技术的快速发展,多种传感器被用来研究气溶胶特性,加上经济发展带来的大气污染问题使得利用卫星遥感资料反演AOD 成为热门课题。 2.1 气溶胶光学厚度反演的基本原理 大气光学厚度是指沿辐射传输路径单位截面上气体吸收和粒子散射产生的总消弱,是无纲量值。在可见光和近红外波段,它可以由下列公式计算得出: )()()()()()(a 21m λτ+λτ+λτ+λτ+λτ=λτμωω (2-1) 其中)(λτ表示大气总的光学厚度,)(m λτ表示整层大气的分子散射光学厚度,)(1λτω表示氧气的吸收光学厚度,)(2λτω表示臭氧的吸收光学厚度,)(λτμ表示 水汽的吸收光学厚度,)(a λτ表示气溶胶光学厚度[21; 22]。 卫星遥感反演大气气溶胶是利用卫星传感器探测到的大气顶部的反射率,也称为表观反射率,可以表示为[23]: F /L s s * μπ=ρ (2-2)

几种常见可燃气体性质以及属性

几种常见可燃气体 (1千瓦·时=1.36马力·时=3.6×106焦耳) 表1 典型天然气的组分 天然气种的杂质成份主要是H 2S和H 2 O,作为内燃机燃料必须控制其含量,H 2 S的含量不超 过20mg/m3,H 2 O的含量要求25℃时无液态水存在。 对于天然气的压力要求,最佳范围在0.1~0.5MPa之间。天然气适用环境温度:-30℃~55℃。

表2 典型瓦斯的组分 煤矿瓦斯是与煤炭伴生的赋存在煤层中的气体,主要成分为甲烷,1m3甲烷的热值相当于1.14公斤的标准煤。煤矿瓦斯不仅热值高,而且不含硫化氢,是一种清洁能源。 表中数据为瓦斯中甲烷含量较高时的组份和热值。 O的含量要求25℃煤矿瓦斯的在抽放时伴随一定的水份,应用于瓦斯发电机组时,H 2 时无液态水存在。对于瓦斯压力要求,机组满负荷工作时,主管线压力应在3kPa以上。 瓦斯甲烷浓度不低于25%,满足煤矿安全要求。 适用环境温度:-30℃~55℃。

表3 典型焦炉煤气的组分 焦炉煤气是煤在隔绝空气条件下,在900~1000℃的高温条件下制取焦炭产生的副产品,每吨煤产焦炉煤气300~350立方米,其热值每立方米在16330~17580kJ,主要可燃成分是氢气、甲烷和一氧化碳。焦炉煤气的杂质主要包括焦油、氨、粗苯、萘、硫磺等。对粗煤气进行净化可回收焦油、氨、粗苯、萘、硫磺等化学产品。由于炼化工艺和使用煤的不同,产生的焦炉煤气和杂质成份有所不同。 应用于内燃机发电的焦炉煤气,除对燃料的压力有一定的要求外,对气体杂质含量也有相应的要求。 对于焦炉煤气压力要求,机组满负荷工作时,主管线压力应在3kPa以上。 适用环境温度:-30℃~55℃。

气敏元件测试

实验??气敏材料性能检测 一、实验目的 1.了解气敏材料性能的测试方法 2.了解气敏材料测试仪的基本操作方法 二、概述 气体传感器属于化学传感器,它是利用传感器与被测气体进行化学反应,并把反应结果转换成电信号再加以检测。气体传感器种类繁多,分类方式也不少。可以按照使用的材料来分.如半导体气体传感器,固体解质气体传感器等。气体传感器中最核心、最重要的部件就是传感元件中的气体敏感材料,气体敏感材料对特种气体的灵敏度和选择性以及稳定性等等性能的好坏是这种气体传感器优劣的标志,所以气敏材料的研究是科技工作者的研究重点。 一种良好的气体传感器需要在以下几个方面体现其优越性,这几种主要参数特性如下: (1)灵敏度:气敏元件的灵敏度是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标,它是气敏传感器的一个重要参数。灵敏度表示气体敏感元件的电参量与被测气体浓度之间的依从关系,一般采用电阻比(或电压比)来表示灵敏度S:S=Ra / Rg = Vg / Va (对n型半导体) S=Rg / Ra = Va / Vg (对p型半导体) (其中Ra表示电阻型气敏元件在洁净空气中的电阻值,称为气敏元件的固有电阻值, Rg表示在被测气体中的电阻值称为实测电阻值) (2)响应时间与恢复时间:气敏元件的响应时间表示在工作温度下、气敏元件对被测气体的响应速度,一般指气敏元件与一定浓度被测气体开始接触时,到气敏元件电阻变化值达到[Ra – Rg]值的80%所需的时间。一般用符号t res表示。而恢复时间表示在工作温度下,被测气体从该元件上解吸的速度。一般从气敏元件脱离被测气体开始计时,直到其电阻变化值达到[Ra – Rg]值的80%为止,所需的时间称为恢复时间。通常用符号t rec表示。 (3)选择性:在多种气体共存的条件下,气敏元件区分气体种类的能力称为选择性。对某种气体的选择性好就表示气敏元件对它有较高的灵敏度。选择性是气敏元件的重要参数。

气体密封性能检测原理及设备基本知识

气体密封性能检测原理及设备基本知识 随着航空、航天工业技术的进步,人们对密封性能检测技术及装备的要求也走向一个新高度。在民用工业中,人们对泄漏的认识、要求对泄漏检测和控制的意识逐日增强。近些年来,摩托车、空调器、汽车、燃气用具为越来越多的人所熟悉,这些产品因泄漏造成的危害和灾难也给人们敲响了警钟。 生产厂家为了提高产品质量于是采用“浸水检漏”来发现不合格工件,这就是通常所说的“水检”,这种检测工艺已经有了近百年的历史。七十年代中后期,一些工业技术发达国家为了克服“水检”工艺存在对工件的后续作业带来的一些弊病,先后开始研究代替“水检”的新工艺、新设备。 九十年代初,用洁净干燥空气作为工作介质对工件的容腔,比如:摩托车的发动机缸体、汽车的发动机缸体、散热器、刹车系统、蒸发器、燃气用具等进行密封性能检测的工艺已经成熟,并有一些相应的检测设备陆续问世。 一、气体密封性能检测原理 1、理想气体状态方程 在普通物理学的概念上,通常任何物质都具有固态、液态和气态,而气态是物质存在的各状态中较特殊的状态,它本身既无一定形状、也无一定体积,它的形状和体积完全取决于盛装气体的容器。任意数量的气体都能被无限地膨胀而充满于任何形状大小的容器之中。 为了对气体进行客观细致的研究,需要对客观气体分子进行一些假设限定,这些经过限定了的气体称为“理想气体”。而描述“理想气体”状态变化规律的数学议程式,称为“理想气体的状态方程”。即: PV/T=R 式中R是气体普适常量,即对所有气体均普遍适用的常量。 对于质量为M,分子量为μ的气体,则表述为: PV=M/RT 式中常量R的数值取决于P,V,T等所用的单位。在国际单位制中,P的单位用Pa,V用m3,T用K,则R=8.314 J/K.mol。 盖?吕萨克定律 从理想气体状态方程可以推导出,一定质量的气体,在压强不变的情况下,它的体积跟热力学温度成正比。 即:若P1=P2,则:V1/T1=V2/T2 上式中P1、V1、T1表示气体在初始状态下的压力、体积和温度;P2、V2、T2表示该气体在最终状态下的压力,体积和温度。这个方程表明一定质量的气体,不管其状态

高中化学常见气体性质等总结大全

高中化学常见气体性质等总结大全 1.常见气体的溶解性 极易溶:NH3,HCl;易溶:HX,HCHO,NO2,SO2;能溶,可溶:CO2,Cl2,H2S,Br2;微溶:C2H2;难溶,不溶:O2,H2,CO,NO,CH4,CH3Cl,C2H4,C2H6;与水反应:F2,NO2,Cl2,Br2,CO2,SO2,NH3。 3.在常温下易发生反应而不能共存的气体HCl和NH3;H2S和SO2,Cl2和H2S,Cl2和HI,NO和O2,F2和H2。 2.常见气体的制取装置 启普发生器装置:CO2,H2,H2S(块状固体,热效应小)。 固-固加热装置:O2,NH3,CH4。 固-液加热装置:Cl2,HX,SO2。 固-液不加热装置:NO,NO2,CO,C2H2,SO2。 液-液加热装置:C2H4。 4.只能用排水法收集的气体:CO,N2,NO,C2H4。 5.有颜色的气体:F2(淡黄绿色),Cl2(黄绿色),Br2(红棕色),NO2(红棕色)。 6.在空气中易形成白雾的气体:HCl,HBr。 7.有刺激性气味的气体:X2,HX,SO2,NO2,NH3,HCHO;H2S(臭鸡蛋味)。 8.只能用排空气法收集的气体:NO2,H2S,HBr,HCl,NH3,CO2,Cl2。 9.易液化的气体:Cl2,SO2,NH3。 10.有毒的气体:Cl2,F2,H2S,NO2,CO,NO,Br2,HF,SO2。

11.能使品红试剂褪色的气体:Cl2,SO2。 12.在空气中易被氧化变色的气体:NO。 13.能使澄清石灰水变浑浊的气体:SO2,CO2,HF。 14.能在空气中燃烧的气体:H2,CO,H2S,CH4,C2H6,C2H4,C2H2;NH3(纯氧)。 15.在空气中点燃后火焰呈蓝色的气体:H2,CO,H2S,CH4。 16.用氧化还原反应制备的气体:Cl2,H2,O2,CO,NO,NO2;CH4,C2H4,C2H2。 17.具有还原性的气体:H2S,H2,CO,NH3,HI,HBr,HCl,SO2,NO。 18.具有氧化性的气体:F2,Cl2,Br2,NO2,O2。 19.能使溴水和KMnO4/H+溶液褪色的气体:H2S,SO2,C2H2,C2H4。 20.能使湿润的蓝色石蕊试纸变红的气体:HX,SO2,H2S,CO2,NO2,Br2。 21.能用浓硫酸制取的气体:HF,HCl,CO,SO2,C2H4。 22.不能用碱石灰干燥的气体:Cl2,HX,SO2,H2S,NO2,CO2。 23.能使AgNO3溶液产生沉淀的气体:Cl2,H2S,HCl,HBr,HI,Br2,NH3。 24.能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体:NH3。 25.能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色的气体:Cl2。 26.能用排水法收集的气体:H2,O2,CO,N2,NO,CH4,CH3Cl,C2H2,C2H4,C2H6。 27.能使酸性高锰酸钾溶液褪色的气体:H2S,SO2,HBr,HI,C2H2,C2H4。

中学化学常见气体性质归纳

中学化学常见气体性质归纳 1、有色气体:F2(淡黄绿色)、Cl2(黄绿色)、Br2(g)(红棕色)、I2(g)(紫红色)、NO2(红棕色)、O3(淡蓝色),其余均为无色气体。 2、有刺激性气味的气体:HF、HCl、HBr、HI、NH 3、SO2、NO2、F2、Cl2、Br2(g);有臭鸡蛋气味的气体:H2S。 3、极易溶于水能做喷泉实验的气体:NH3、HF、HCl、HBr、HI;能溶于水的气体:CO2、SO2、Cl2、Br2(g)、H2S、NO2。 4、易液化的气体:NH3、SO2、Cl2 。 5、有毒的气体:F2、HF、Cl2、H2S、SO2、CO、NO2、NO、Br2(g)。 6、在空气中易形成白雾的气体:NH3、HF、HCl、HBr、HI。 7、常温下不能共存的气体:H2S和SO2、H2S和Cl2、HI和Cl2、NH3和HCl、NO和O2、F2和H2。 8、其水溶液呈酸性的气体:HF、HCl、HBr、HI、H2S、SO2、CO2、NO2、Br2(g)。可使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体:NH3。 9、有漂白作用的气体:Cl2(有水时)和SO2,但两者同时使用时漂白效果减弱。检验Cl2常用Cl2能使湿润的紫色石蕊试纸先变红后褪色。 10、能使澄清石灰水变浑浊的气体:CO2和SO2,但通入过量气体时沉淀又消失。 11、在空气中可以燃烧的气体:H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、H2S。在空气中燃烧火焰呈蓝色(或淡蓝色)的气体:H2S、H2、CO、CH4。 12、具有强氧化性的气体:F2、Cl2、Br2(g)、NO2、O2、O3;具有强或较强还原性的气体:H2S、H2、CO、NH3、HI、HBr、HCl、NO;SO2和N2既具有氧化性又具有还原性。 13、与水可反应的气体:Cl2、F2、NO2、Br2(g)、CO2、SO2、NH3;其中Cl2、NO2、Br2(g)与水的反应属于氧化还原反应(而且都是歧化反应),只有F2与水剧烈反应产生O2。 14、能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体:Cl2、NO2、Br2(g)、O3。 15、能使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色的气体:H2S、SO2、C2H4、C2H2。 16、可导致酸雨的主要气体:SO2; 导致光化学烟雾的主要气体:NO2等氮氧化物和烃类; 导致臭氧空洞的主要气体:氟氯烃(俗称氟利昂)和NO等氮氧化物; 导致温室效应的主要气体:CO2和CH4等烃; 能与血红蛋白结合导致人体缺氧的气体是:CO和NO。 17、可用作致冷剂或冷冻剂的气体:CO2、NH3、N2。 18、用作大棚植物气肥的气体:CO2。 19、被称做地球保护伞的气体:O3。 20、用做自来水消毒的气体:Cl2 物质的学名、俗名及化学式 (1) 生石灰、氧化钙:CaO (2)熟石灰(或消石灰):Ca(OH)2 (3)食盐:NaCl (4)干冰:CO2 (5)纯碱:Na2CO3 (6)烧碱(或苛性钠,火碱):NaOH (7)胆矾(蓝矾、硫酸铜晶体):CuSO4·5H2O (8) 明矾:KAl(SO4) 2·12H2O (9)CaCO3碳酸钙(石灰石、大理石)(10) NaHCO3碳酸氢钠(小苏打) (11)石碱(碳酸钠晶体、纯碱晶体):Na2CO3·10H2O (12)碱式碳酸铜(铜绿、孔雀石):Cu(OH)2CO3 (13) Hg汞(水银)(14) 干冰(固体二氧化碳):CO2(15) 金刚石、石墨:C (16) 盐酸、氢氯酸:HCl

气敏检测

基于单片机的气敏传感器测试系统 一、引言 气敏传感器是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏感器件,它将气体成分、浓度等有关的信息转换成电信号,从而可以进行检测、监控、报警;还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。目前,人们对气敏传感器的测试方法主要停留在用人工手动的方式来操作,开发出一种实用高效的智能化传感器测试装置是极为必要的。本文介绍一种新型的气敏传感器测试系统的设计方法。该系统基于具有语音处理功能的凌阳SPCE061A单片机,能同时进行多路传感器测试、过程控制,及用虚拟仪器完成数据处理,并能用语音直接播报测试结果,克服了目前气敏传感器人工操作测试带来的效率低、误差大、操作人员长时间工作等问题。将给操作人员带来极大方便,下面就介绍一种具有新功能的新型的气敏传感器测试系统。 二、气敏传感器测量原理 作为气体敏感材料的半导体氧化物的气—电转换机理是:在不同气体中,半导体氧化物材料发生的氧化—还原反应不同,从而引起材料电导(电导与电阻互为倒数)的不同变化,使传感器分辨出被测气体。因此,只要能测量出已知气体中气体传感器电导的变化,就可测量出该气敏传感器的性能指 标。气敏传感器的测试电路如图1所示,负载电阻R L 串联在传感器中,串联回路施加工作电压V C ,V F 为热丝两端加热电压。在洁净空气中,传感器的电阻R O 较大,在负载电阻R L 上的输出电压较小;当在 待测气体中时,传感器的电阻R O 变得较小,则负载电阻R L 上的输出电压较大,其电压值与V RL 器件的电 阻值R O 之间的关系如下: R O = RL L RL C V R V V) ( 式中:为V C 测量电压,一般为5V;V RL 为负载电压;为R L 负载电阻(已知);R O 为元件的电阻值。 随着已知气体浓度不同,负载电压产生不同变化,传感器的元件阻值也会产生相应的变化,而根据不同气体环境下元件电阻的阻值,就可判断出该传感器的指标是否符合标准值。 图1 气敏传感器的测试电路

高中化学常见气体性质总结大全

1.常见气体的溶解性极易溶:NH3,HCl;易溶:HX,HCHO,NO2,SO2;能溶,可溶:CO2,Cl2,H2S,Br2;微溶:C2H2;难溶,不溶:O2,H2,CO,NO,CH4,CH3Cl,C2H4,C2H6;与水反应:F2,NO2,Cl2,Br2,CO2,SO2,NH3。 3.在常温下易发生反应而不能共存的气体HCl和NH3;H2S和SO2,Cl2和H2S,Cl2和HI,NO和O2,F2和H2。 2.常见气体的制取装置 启普发生器装置:CO2,H2,H2S(块状固体,热效应小)。 固-固加热装置:O2,NH3,CH4。 固-液加热装置:Cl2,HX,SO2。 固-液不加热装置:NO,NO2,CO,C2H2,SO2。 液-液加热装置:C2H4。 4.只能用排水法收集的气体:CO,N2,NO,C2H4。 5.有颜色的气体:F2(淡黄绿色),Cl2(黄绿色),Br2(红棕色),NO2(红棕色)。 6.在空气中易形成白雾的气体:HCl,HBr。 7.有刺激性气味的气体:X2,HX,SO2,NO2,NH3,HCHO;H2S(臭鸡蛋味)。 8.只能用排空气法收集的气体:NO2,H2S,HBr,HCl,NH3,CO2,Cl2。 9.易液化的气体:Cl2,SO2,NH3。 10.有毒的气体:Cl2,F2,H2S,NO2,CO,NO,Br2,HF,SO2。 11.能使品红试剂褪色的气体:Cl2,SO2。 12.在空气中易被氧化变色的气体:NO。 13.能使澄清石灰水变浑浊的气体:SO2,CO2,HF。 14.能在空气中燃烧的气体:H2,CO,H2S,CH4,C2H6,C2H4,C2H2;NH3(纯氧)。 15.在空气中点燃后火焰呈蓝色的气体:H2,CO,H2S,CH4。 16.用氧化还原反应制备的气体:Cl2,H2,O2,CO,NO,NO2;CH4,C2H4,C2H2。 17.具有还原性的气体:H2S,H2,CO,NH3,HI,HBr,HCl,SO2,NO。 18.具有氧化性的气体:F2,Cl2,Br2,NO2,O2。 19.能使溴水和KMnO4/H+溶液褪色的气体:H2S,SO2,C2H2,C2H4。 20.能使湿润的蓝色石蕊试纸变红的气体:HX,SO2,H2S,CO2,NO2,Br2。 21.能用浓硫酸制取的气体:HF,HCl,CO,SO2,C2H4。 22.不能用碱石灰干燥的气体:Cl2,HX,SO2,H2S,NO2,CO2。 23.能使AgNO3溶液产生沉淀的气体:Cl2,H2S,HCl,HBr,HI,Br2,NH3。 24.能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体:NH3。 25.能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色的气体:Cl2。 26.能用排水法收集的气体:H2,O2,CO,N2,NO,CH4,CH3Cl,C2H2,C2H4,C2H6。 27.能使酸性高锰酸钾溶液褪色的气体:H2S,SO2,HBr,HI,C2H2,C2H4。 28.能使湿润醋酸铅试纸变黑的气体:H2S。 29.能使湿润淀粉-KI试纸变蓝的气体:Cl2,F2,NO2,Br2。 30.不能用浓硫酸干燥的气体:H2S,HBr,HI,NH3。 31.制备时不需要加热的气体:CO2,H2,H2S,NO,NO2,CO,C2H2,SO2。 32.不能用CaCl2干燥的气体:NH3,C2H5OH(g)。

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