【摘要】：基于金屬氧化物的高性能室溫氣體傳感器由于節(jié)能和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)而引起了研究者極大的興趣。然而如何使得金屬氧化物氣體傳感器在室溫下正常工作和提高響應(yīng)靈敏度仍是一個(gè)挑戰(zhàn)性的課題。目前科研人員正努力攻克這樣的難題,最新的研究成果將對(duì)氣體傳感器的商業(yè)應(yīng)用具有重大意義。在本工作中,我們借助一種快速并易于操作的微波輔助的溶劑熱法制備了二維(2D)氧化鎳納米片。并在純的氧化鎳納米片上,以銅、銀、鋁和鈦元素作為摻雜劑,探究了不同金屬元素對(duì)氧化鎳納米片氣體傳感性能的優(yōu)化作用。研究結(jié)果表明,鋁摻雜的2D氧化鎳納米片在室溫下對(duì)二氧化氮(NO_2)具有獨(dú)特的氣敏響應(yīng)性能。由于氧空位缺陷的增加以及路易斯酸堿位點(diǎn)的形成,使得鋁的摻雜對(duì)氧化鎳納米片的氣敏特性有顯著的影響。本論文詳細(xì)研究了不同比例的鋁摻雜的氧化鎳納米片及其氣敏性能。當(dāng)原料中添加12 at%的鋁時(shí),器件對(duì)濃度為10 ppm的NO_2的響應(yīng)值比純的氧化鎳納米片增加了35倍以上;當(dāng)鋁含量達(dá)到20 at%時(shí),氣體傳感器只需要200 s即可完全恢復(fù)。該氣體傳感器的優(yōu)異性能使鋁摻雜的2D氧化鎳納米片成為NO_2檢測(cè)應(yīng)用的潛在候選者。同時(shí),基于路易斯酸堿理論的氣敏提升機(jī)理也可以為其他高性能氣體傳感器提供可參考的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。
【圖文】：

次發(fā)現(xiàn)金屬氧化物材料的氣體傳感現(xiàn)象的是日本九州大學(xué)的 1962 年，他發(fā)現(xiàn)氧化鋅薄膜在還原性氣體中電阻的阻值減小象對(duì)可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)。而后，金屬氧化物氣體傳感器的發(fā)如雨后春筍般地被應(yīng)用于家庭和工業(yè)燃?xì)庑孤┑膱?bào)警器中。直至化物的阻敏型氣體傳感器得到了廣泛關(guān)注，被研究人員大量地將金屬氧化物型的氣體傳感器分為室溫型和高溫型兩種。其中器按照器件加熱類型分類，可將其分為直熱式和旁熱式兩種。是將電極和具有加熱作用的合金電熱絲一同埋入在燒結(jié)的金屬，使得電熱絲與氣體傳感材料直接接觸（如圖 1-2 所示）。但是較差，且加熱溫度低，已逐漸被淘汰。

圖 1-3 旁熱式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。Fig. 1-3 Structure of indirectly-heating gas sensor.金屬氧化物氣體傳感器是近年來出現(xiàn)的新型氣體傳感器。隨著料被廣泛研究，人類對(duì)納米材料的可控合成技術(shù)的發(fā)展，使得成為可能。根據(jù)室溫金屬氧化物的結(jié)構(gòu)不同，可將其分為厚膜的氣體傳感器如圖 1-4 所示。將傳感材料與一定比例的硅凝膠厚膠膜原料，通過絲網(wǎng)印刷，，將原料印刷在鍍有電極的絕緣基高溫?zé)Y(jié) 1-2 h 即可得到厚膜型氣體傳感器。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2597839