氣體傳感器是探測某種環(huán)境中氣體信息的關(guān)鍵元件,在工、農(nóng)、醫(yī)等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景和研究價值。先進、高效的半導(dǎo)體基氣體傳感器離不開納米科技的進步和納米材料的創(chuàng)新。設(shè)計新型敏感材料,系統(tǒng)研究材料納米結(jié)構(gòu)、組分與傳感器敏感特性的內(nèi)在聯(lián)系是十分必要的。這不僅可以改善傳感器的敏感性能,也可以為氣體傳感器向小型化、智能化發(fā)展起到推動作用。本論文瞄準(zhǔn)多元金屬氧化物可變價態(tài)陽離子種類多元化、缺陷態(tài)豐富、納米結(jié)構(gòu)和表面形貌可控可調(diào)的優(yōu)勢,通過多種液相方法合成了不同體系的敏感材料（錫酸鹽、鐵酸鹽和鈷酸鹽）,將其應(yīng)用于氣體傳感器以檢測多種揮發(fā)性有機化合物（VOCs）。通過形貌調(diào)節(jié)、計量比優(yōu)化、表面修飾改性、異質(zhì)結(jié)構(gòu)筑等材料設(shè)計手段,從材料微觀形貌和化學(xué)組分兩個方面提升多元金屬氧化物基傳感器的敏感性能（靈敏度、響應(yīng)恢復(fù)速度、選擇性等）,同時也提出了多元金屬氧化物用作敏感材料的優(yōu)越性和敏感機理。本文的主要研究工作包括:1、第一部分工作為錫酸鹽及其復(fù)合材料的可控制備和氣敏性能研究,主要有以下幾個研究內(nèi)容:（1）通過堿刻蝕法合成了多殼層中空結(jié)構(gòu)的ZnSnO₃立方體,殼層數(shù)目可調(diào)控為0-... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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氣體傳感器的應(yīng)用Fig.1.1Theapplicationofgassensors

第一章緒論31962年，Seiyama和Kato以ZnO薄膜為敏感層制作了一種化學(xué)電阻型氣體傳感器件，其在不同的氣體環(huán)境中，通過檢測器件電導(dǎo)性的變化來實現(xiàn)氫氣等多種氣體的檢測，為金屬氧化物基氣體傳感器的研發(fā)奠定了重要的基礎(chǔ)[2]。1968年，費加羅(FIGARO)公司的創(chuàng)始人田口尚義首次發(fā)明了半導(dǎo)體式SnO2氣體傳感器，圖1.2氣體傳感器的歷史和發(fā)展Fig.1.2Thehistoryanddevelopmentofgassensors并將其命名為TGS(TaguchiGasSensor)。這種半導(dǎo)體式氣體傳感器可以對低濃度的可燃性氣體和具有還原性的氣體有效檢測，被廣泛應(yīng)用于家庭和工廠中以檢測危險氣體的泄露，這標(biāo)志著金屬氧化物基氣體傳感器由理論過渡到了實用階段，是半導(dǎo)體傳感器發(fā)展史的重要里程碑。而后，為了拓寬氣體傳感器的敏感材料體系，不同的n型、p型以及復(fù)合金屬氧化物材料被相繼研究和報道。隨著對氣體傳感器研究的不斷深入，針對半導(dǎo)體傳感器的種種不足，研究工作者開始對其它類型氣體傳感器進行研究，如催化燃燒式和電化學(xué)傳感器等，這些傳感器相繼問世，使傳感器的種類更加豐富多樣。在我國，氣體傳感器的相關(guān)理論于20世紀(jì)七十年代引入，而后，對氣體傳感器的研究在國內(nèi)引起關(guān)注并涌現(xiàn)。1983年，日本福岡(Fukuoka，Japan)召開了第一屆化學(xué)傳感器國際會議，此次會議中提出了化學(xué)傳感器的先進性，其作為信息科學(xué)中的一個重要新分支，使氣體傳感器成為國際科學(xué)界備受矚目的新興學(xué)科[3]。1984年，將幾個氣體傳感器構(gòu)筑為陣列的新思想被美國的Zaromb和Stetter提出，這種構(gòu)思的可行性得到了行業(yè)界的廣

第一章緒論5易中毒，壽命較短。(3)電化學(xué)式氣體傳感器電化學(xué)式氣體傳感器的工作原理是利用目標(biāo)氣體的電化學(xué)活性，將氣體電化學(xué)氧化/還原，所產(chǎn)生的電信號可以檢測待測氣體濃度[6]，主要用來檢測一些有毒有害的氣體。電化學(xué)式氣體傳感器靈敏度高，功耗較小，但測試中容易受到干擾氣體的影響，并且電解質(zhì)在長期使用中會耗盡，傳感器壽命短。(4)光學(xué)式氣體傳感器光學(xué)式氣體傳感器的工作原理是利用待測氣體的光學(xué)特性，對氣體的濃度或成分產(chǎn)生響應(yīng)[5]。此類傳感器以光譜吸收型傳感器為主且技術(shù)成熟。目標(biāo)氣體的分子結(jié)構(gòu)、能量分布、濃度等信息的不同使其吸收光譜存在差異性，通過對吸收光譜的測定可以實現(xiàn)對目標(biāo)氣體的定性和定量分析。光學(xué)型氣敏傳感器的工作原理決定了這種氣體傳感器選擇性好，性能穩(wěn)定且使用壽命長，但體積較大，不利于便攜檢測。(5)石英諧振式氣體傳感器石英諧振式氣體傳感器可以將質(zhì)量的變化轉(zhuǎn)化為氣體的濃度信息。簡單來說，當(dāng)氣體吸附在電極上的敏感膜上時，敏感膜的質(zhì)量會有所增加，這會降低石英振子的諧振頻率，而諧振頻率變化量正比于待測氣體濃度[7]。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，可以在室溫下方便地對氣體濃度進行測定，但選擇性較差。圖1.3不同的氣體傳感器以及它們的優(yōu)缺點Fig.1.3Differentgassensorsandtheiradvantagesanddisadvantages


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