本文關(guān)鍵詞：氧化鐵半導(dǎo)體氣敏傳感器的制備及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：基于金屬氧化物半導(dǎo)體材料的氣敏傳感器由于其制造成本低、材料來源豐富等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)基于電解質(zhì)溶液的氣體傳感器。本文以鐵基氧化物作為研究對象,利用水熱反應(yīng)法,通過控制實(shí)驗(yàn)過程中的反應(yīng)物的摩爾比例、合成溫度和合成時(shí)間,制備了分散性和均勻性良好的α-Fe_2O_3納米顆粒,并以該α-Fe_2O_3納米顆粒作為傳感器的敏感介質(zhì)制作半導(dǎo)體氣敏傳感元件,采用靜態(tài)配氣法測試了在不同工作環(huán)境下傳感器對大氣中常見污染物(H_2S和NH_3)的氣敏特性,最后結(jié)合能帶理論詳細(xì)論證的傳感器的氣敏響應(yīng)機(jī)制。本文的主要研究內(nèi)容分為以下三部分:1)利用水熱法和熱處理工藝相結(jié)合的方法制備α-Fe_2O_3納米顆粒。并以此作為傳感器的敏感介質(zhì),利用旋轉(zhuǎn)鍍膜的方法在陶瓷管上均勻涂覆一層α-Fe_2O_3薄膜制備完整的傳感器元件,利用WS-30A氣敏測試系統(tǒng)研究該傳感器在不同的工作溫度條件下對H_2S氣體的響應(yīng)情況,確定傳感器的最佳工作溫度為300 oC。研究在最佳工作溫度下傳感器的最低檢測濃度、重復(fù)性、長期穩(wěn)定性以及響應(yīng)-恢復(fù)時(shí)間。研究結(jié)果表明傳感器在300 oC下,檢測閾值為50 ppb,響應(yīng)-恢復(fù)時(shí)間分別低于30 s和5 s,優(yōu)于目前國內(nèi)外報(bào)道的純相α-Fe_2O_3氣體傳感器對H_2S的檢測性能。2)在第一部分的基礎(chǔ)上,通過改進(jìn)水熱反應(yīng)的反應(yīng)條件,選擇尿素作為還原劑,十六烷基磺酸鈉作為絡(luò)合劑,在90 oC水熱條件輔以500 oC的退火條件合成了具有多孔結(jié)構(gòu)的α-Fe_2O_3納米顆粒,利用X射線光電子能譜(XPS)和傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)分析了傳感器敏感介質(zhì)在H_2S氣氛中和空氣中元素和化學(xué)鍵的變化情況。利用旋轉(zhuǎn)鍍膜的方法在陶瓷管上均勻涂覆一層α-Fe_2O_3敏感膜制備傳感器元件,并在室溫下對傳感器的氣敏性能進(jìn)行分析。氣敏性能研究結(jié)果表明,在室溫下,傳感器對H_2S氣體具有很好的氣敏性,其對100 ppm的H_2S氣體響應(yīng)度達(dá)到38.4,最低檢測濃度達(dá)到50 ppb。此外,在多種干擾氣體同時(shí)存在的復(fù)雜氣體環(huán)境下,該傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的抗干擾能力。3)綜合以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的合成條件,通過改變水熱反應(yīng)過程中尿素和乙醇胺的摩爾濃度、配比以及合成溫度和時(shí)間,成功合成出具備良好的均勻性和分散性的α-Fe_2O_3納米顆粒,XRD表征結(jié)果表明通過水熱反應(yīng)得到的是α-FeOOH和α-Fe_2O_3 兩相組成的混合產(chǎn)物,經(jīng)過高溫?zé)崽幚砗?α-FeOOH全部轉(zhuǎn)化為α-Fe_2O_3,最后,以α-Fe_2O_3納米顆粒作為敏感介質(zhì),研究傳感器在室溫下對常見有毒有害氣體的響應(yīng)情況,結(jié)果表明,該傳感器在室溫下僅對氨氣具有明顯的氣敏性,其檢測閾值低至1 ppm,且對其他干擾氣體表現(xiàn)出很好的選擇性。
【關(guān)鍵詞】：α-Fe_2O_3 納米材料 氣體傳感器 水熱法 硫化氫 氨氣
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212;O614.811
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 引言11
• 1.2 金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器概述11-15
• 1.2.1 金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器定義11
• 1.2.2 金屬氧化物氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及測試電路11-14
• 1.2.3 金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器的主要特性參數(shù)14-15
• 1.3 Fe_2O_3納米材料概述15-19
• 1.3.1 Fe_2O_3的基本性質(zhì)15-16
• 1.3.2 Fe_2O_3納米材料的制備方法16-18
• 1.3.3 Fe_2O_3納米材料的應(yīng)用18-19
• 1.4 Fe_2O_3氣敏傳感器概述19-22
• 1.4.1 Fe_2O_3氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4.2 Fe_2O_3氣敏傳感器的響應(yīng)機(jī)制21
• 1.4.3 Fe_2O_3氣敏傳感器存在的問題和發(fā)展方向21-22
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容22-23
• 1.6 本論文的創(chuàng)新性23-24
• 第二章 α-Fe_2O_3納米顆粒的制備以及在不同工作溫度下的氣敏性研究24-40
• 2.1 敏感材料的制備過程24-25
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原材料24
• 2.1.2 材料制備過程24-25
• 2.2 材料表征25-28
• 2.2.1 結(jié)構(gòu)表征25-27
• 2.2.2 形貌表征27-28
• 2.3 氣敏性能研究28-37
• 2.3.1 不同工作溫度條件下敏感元件的伏安特性曲線28-29
• 2.3.2 不同工作溫度條件下傳感器的響應(yīng)-恢復(fù)現(xiàn)象分析29-33
• 2.3.3 最佳工作溫度條件下的氣敏性能研究33-37
• 2.4 氣敏反應(yīng)機(jī)理研究37-39
• 2.5 本章小結(jié)39-40
• 第三章 孔狀 α-Fe_2O_3納米顆粒制備及室溫下氣敏性研究40-56
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分40-41
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)原材料40
• 3.1.2 材料制備過程40-41
• 3.2 材料表征41-47
• 3.2.1 結(jié)構(gòu)表征41-42
• 3.2.2 形貌表征42-44
• 3.2.3 元素分析44-47
• 3.3 傳感器的電學(xué)性能研究47
• 3.4 傳感器的氣敏性能研究47-52
• 3.5 氣敏反應(yīng)機(jī)理研究52-55
• 3.6 本章小結(jié)55-56
• 第四章 基于 α-Fe_2O_3納米顆粒的氨氣傳感器制備及性能研究56-66
• 4.1 α-Fe_2O_3納米顆粒的制備56-57
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)使用試劑56
• 4.1.2 材料合成過程56-57
• 4.2 材料表征57-59
• 4.2.1 結(jié)構(gòu)表征57-58
• 4.2.2 形貌表征58-59
• 4.3 傳感器電學(xué)性能研究59
• 4.4 傳感器氣敏性能研究59-64
• 4.5 本章小結(jié)64-66
• 第五章 全文總結(jié)與展望66-68
• 5.1 全文總結(jié)66-67
• 5.2 展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及獎(jiǎng)勵(lì)情況75-76
• (Ⅰ) 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文75
• (Ⅱ) 獲得獎(jiǎng)勵(lì)75-76

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳長慶,胡明,吳霞宛;氣敏傳感器的發(fā)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2003年01期

2 賈良菊,應(yīng)鵬展,許林敏,倪自豐,王雅晴;氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];煤礦機(jī)械;2005年04期

3 周志剛;胡木林;李鄂勝;;金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器穩(wěn)定性研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年03期

4 傅盼盼;楊志學(xué);;金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器[J];化工時(shí)刊;2013年03期

5 蔡曄,葛忠華,陳銀飛;金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器的研究和開發(fā)進(jìn)展[J];化工生產(chǎn)與技術(shù);1997年02期

6 李平，余萍，，肖定全;氣敏傳感器的近期進(jìn)展[J];功能材料;1999年02期

7 楊志華,余萍,肖定全;半導(dǎo)體陶瓷型薄膜氣敏傳感器的研究進(jìn)展[J];功能材料;2004年01期

8 商世廣;趙玲;李昕;劉君華;趙萍;邢立冬;;碳納米管氣敏傳感器的制備與性能研究[J];功能材料與器件學(xué)報(bào);2011年02期

9 林毓韜;徐濤;柳清菊;;碳納米管及其摻雜氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器[J];功能材料;2011年07期

10 林毓韜;徐濤;程定峰;柳清菊;;新型氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年23期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳芳;何光宏;潘英俊;;用溫度調(diào)制提高半導(dǎo)體氣敏傳感器的選擇性[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學(xué)學(xué)會2004年學(xué)術(shù)大會論文集[C];2004年

2 程綱;王理想;武興會;杜祖亮;;基于單根氧化物納米線的高性能氣敏傳感器研究[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 焦正;;二氧化錫氣敏傳感器的研究進(jìn)展[A];第6屆輻射研究與輻射工藝學(xué)術(shù)年會論文集[C];2004年

4 施金釵;黃元慶;宋愛群;;納米氣敏傳感器的研究[A];第十七屆全國測控計(jì)量儀器儀表學(xué)術(shù)年會（MCMI'2007）論文集（下冊）[C];2007年

5 王麗斐;王換榮;陸維昌;;厚膜型甲醛氣敏傳感器的研制[A];中國化學(xué)會第十一屆膠體與界面化學(xué)會議論文摘要集[C];2007年

6 胡盛華;陳邦林;陸維昌;韓慶平;;燒結(jié)型硫化氫氣敏傳感器的研制[A];中國化學(xué)會第十屆膠體與界面化學(xué)會議論文摘要集[C];2004年

7 吳莉莉;李鑫;惠國華;潘敏;陳裕泉;;一種基于隨機(jī)共振的氣敏傳感器檢測系統(tǒng)的研究[A];第六屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集（3）[C];2008年

8 劉瑞;丁海燕;林劍;張s

本文編號：455036