發(fā)布時間：2020-03-20 11:45

【摘要】：人體呼出氣體的成分和含量可以標志某些疾病,呼出氣體中丙酮被公認為是表征糖尿病的標志物之一。目前對于丙酮氣體的檢測手段主要包括氣相色譜法和質(zhì)譜分析法等,但這些方法由于檢測設(shè)備體積大、操作復雜等缺點不利于制備便攜式丙酮傳感器。半導體傳感器因為其具有體積小、便于操作、穩(wěn)定性好等特點,成為檢測呼吸丙酮氣體的方法之一。目前已有TiO_2、WO_3、ZnO等材料用作檢測丙酮氣體的敏感材料,ZnFe_2O_4作為一種尖晶石結(jié)構(gòu)材料,在晶胞中存在氧缺陷,在磁流體、光催化以及氣敏傳感領(lǐng)域引起了研究者們的廣泛關(guān)注。已有溶膠凝膠法、固相法、燃燒法等制備ZnFe_2O_4納米材料的報道,結(jié)構(gòu)也包含納米片、納米棒、納米中空球等,但空心分級結(jié)構(gòu)相對較少。本文首先通過水熱合成法制備得到ZnFe_2O_4納米球和ZnFe_2O_4納米片狀中空球,并通過貴金屬對ZnFe_2O_4納米片狀中空球表面進行活化處理,有效提高了材料對丙酮的響應性能。水熱反應法制備的納米片狀中空球較納米球表現(xiàn)出更好的氣敏性能。具有分級結(jié)構(gòu)的納米片狀中空球在150-250℃下,對丙酮具有較好的響應性能,其中175℃性能最佳,可以實現(xiàn)對0.8 ppm(判定糖尿病的特征濃度)丙酮的響應。本文還研究了納米片狀中空球在濕度從0到100%范圍對丙酮的響應。結(jié)果表明,當濕度從0%變化到75%時,傳感器響應性能變化較少,而當濕度增加到100%,性能則明顯下降。本文然后利用NaBH_4在室溫下對ZnFe_2O_4納米片狀中空球表面進行Pt的激活,在激活過程中,酸性溶液破壞了 ZnFe_2O_4納米片狀中空球。隨著Pt含量的增加,ZnFe_2O_4中空球的厚度不斷增加。氣敏測試實驗結(jié)果顯示Pt含量為1.5%時,Pt-ZnFe_2O_4對丙酮的響應性能最好。Pt雖然破壞了原材料的納米結(jié)構(gòu),但仍提升了材料對丙酮氣敏性能。在最優(yōu)工作溫度175℃下,測試了不同濕度對傳感器性能的影響,并進行了選擇性測試。本文最后利用AgNO_3對ZnFe_2O_4納米片狀中空球表面進行Ag的激活,研究了 Ag含量和激活過程對形貌的影響。隨著Ag含量的增加,對表面納米片結(jié)構(gòu)破壞越嚴重,但基本保存了其片狀中空球結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果顯示,Ag含量為0.25%時,Ag-ZnFe_2O_4納米片狀中空球的氣敏性能最優(yōu),對0.8ppm的丙酮靈敏度為1.47,表現(xiàn)出良好的選擇性和濕度穩(wěn)定性。
【圖文】：

圖１－２邐（ａ）厚膜型傳感器結(jié)構(gòu)的示意圖，（ｂ）實物照片逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋（ａ）邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｈｉｃｋ邋ｆｉｌｍ邋ｓｅｎｓｏｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，，邋（ｂ）邋ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｓｅｎｓｏｒ．逡逑

３逡逑網(wǎng)印刷等技術(shù)將半導體氣敏材料涂覆在Ａｌ２0３基板上，Ａｌ２0３傳感器基板的正反面分別印有逡逑Ｐｔ電極和Ａｕ電極，分別用于為器件提供所需的工作溫度和信號采集，其結(jié)構(gòu)如圖１－２所逡逑示。厚膜型器件與燒結(jié)型和薄膜型相比，由于其特定的制備工藝得到的氣敏層厚度均一、逡逑一致性較好、工藝要求低、適合規(guī)�；a(chǎn)。逡逑根據(jù)電阻變化機制，電阻型傳感器有被分為表面電導型和體電導型。被測氣體在氣敏逡逑材料表面發(fā)生反應使材料的電阻值發(fā)生變化的傳感器被稱為表面電導控制型。體電導控制逡逑型傳感器是指在目標氣體中氣敏材料因化學計量比、晶體結(jié)構(gòu)的變化而致使氣敏材料體電逡逑阻發(fā)生變化的傳感器。逡逑ｐｆ＂燒結(jié)型逡逑器件結(jié)構(gòu)邋邐逡逑￣厚膜型逡逑Ｉ邐邐：一．…逡逑Ｔ＾￣ｆ邋＿邋＿邋邐逡逑電阻式邋＿邐薄膜型逡逑氣體傳感器邐ｉ－二一＇—Ｊ逡逑導電機制「表面電導型逡逑［體電導型逡逑圖１－１半導體傳感器的分類逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ邋ｓｅｎｓｏｒ．逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑ｓｅｎｓｉｎｇ邋ｃｏａｔｉｎｇｓ逡逑、S緬危鑠澹坼澹懾義希苠�，．彳邋Ａｕ邋ｅe澹悖簦潁錚洌澹簀義希校翦澹澹歟澹悖簦潁錚洌澹簀義希簦瑁邋澹媯潁錚睿翦澹錚駑澹螅澹睿螅錚蟈義�、？士？逦［E�？“辶x希蓿㈠澹裕瑁邋澹猓幔悖脲澹錚駑澹螅澹睿螅錚蟈握駑畏疵駑義賢跡保插危ǎ幔┖衲ば痛釁鶻峁溝氖疽饌跡ǎ猓┦滴镎掌義希疲椋紓澹保插澹ǎ幔╁澹櫻悖瑁澹恚幔簦椋沐澹錚駑澹簦瑁椋悖脲澹媯椋歟礤澹螅澹睿螅錚蟈澹螅簦潁酰悖簦酰潁

本文編號：2591733