本文關(guān)鍵詞：SnO_2基CO傳感器氣敏性和選擇性的基礎(chǔ)研究

  更多相關(guān)文章： 二氧化錫 一氧化碳 氣體傳感器 敏感機(jī)理 選擇性

【摘要】：論文圍繞如何提高SnO2基材料對(duì)CO的選擇性而展開(kāi)的,通過(guò)溶膠-凝膠法制備了SnO2基氣敏材料,用絲網(wǎng)印刷法制備了以氧化鋁陶瓷為基板的SnO2厚膜,采用SEM、XRD及電化學(xué)方法表征了SnO2基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與形貌及氣敏性能,最后制備出CO傳感器。主要內(nèi)容及創(chuàng)新表現(xiàn)在以下方面： 通過(guò)溶膠-凝膠法制備Pd負(fù)載及Fe摻雜SnO2復(fù)合材料,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Pd負(fù)載和Fe摻雜沒(méi)有改變SnO2的四方相結(jié)構(gòu),但隨著Fe摻雜量的增加,復(fù)合材料的結(jié)晶程度降低；當(dāng)負(fù)載Pd和摻雜Fe量分別為0.2mol%和10m01%時(shí),獲得對(duì)200-3000ppm CO具有最佳的響應(yīng)值、選擇性以及響應(yīng)特性的SnO2復(fù)合材料,同時(shí)揭示了在提高選擇性上主要是摻雜Fe的貢獻(xiàn),負(fù)載Pd的作用是促進(jìn)了摻雜Fe對(duì)CO的選擇性。進(jìn)一步,對(duì)Au、Pt負(fù)載及In摻雜進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,Au負(fù)載和In摻雜均有利于提高對(duì)CO的選擇性,而Pt負(fù)載則有利于提高對(duì)H2的選擇性。 通過(guò)N2、N2+O2、N2+O2+H2氣氛中對(duì)SnO2材料傳感器的響應(yīng)值研究,獲得了氫氣和氧氣對(duì)電阻值的影響規(guī)律,確定了吸附氧主要通過(guò)控制晶界勢(shì)壘的方式而不是表面化學(xué)反應(yīng)對(duì)電阻的控制機(jī)理；進(jìn)一步根據(jù)不同溫度下N2氣氛中材料對(duì)H2、CO響應(yīng)值研究發(fā)現(xiàn),無(wú)氧氣氛下表面化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物為羥基離子和碳酸根離子而不是有氧氣氛下的水和二氧化碳。 為定量CO氣體濃度,研究了氣體濃度與響應(yīng)值的關(guān)系(R=1+kCn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,SnO2材料的焙燒溫度(600-800℃C)、改性方式(Pt負(fù)載和Fe摻雜)和檢測(cè)氣體種類對(duì)n值無(wú)影響,但是制備方法和工作溫度對(duì)n值影響較大。 最后,通過(guò)Pd、Fe和Pt對(duì)SnO2改性、對(duì)CO和H2的選擇性研究以及混合氣體檢測(cè),依據(jù)兩種傳感器對(duì)混合氣體的響應(yīng)曲線,建立氣體濃度和響應(yīng)值的聯(lián)立方程,解析出混合氣體中CO和H2的濃度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,檢測(cè)誤差在5%以內(nèi),這解決了目前同類傳感器存在的最大問(wèn)題,為兩種或多種相同性質(zhì)氣體測(cè)量提供了新思路。
【關(guān)鍵詞】：二氧化錫 一氧化碳 氣體傳感器 敏感機(jī)理 選擇性
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-13
• 2 文獻(xiàn)綜述13-41
• 2.1 SnO_2基本性質(zhì)及其制備方法13-15
• 2.1.1 SnO_2基本性質(zhì)13-14
• 2.1.2 SnO_2制備方法14-15
• 2.2 半導(dǎo)體氣敏材料的選擇性15-23
• 2.3 SnO_2敏感機(jī)理及摻雜作用23-26
• 2.3.1 SnO_2氣敏機(jī)理23-25
• 2.3.2 SnO_2的摻雜作用25-26
• 2.4 CO氣體傳感器簡(jiǎn)介26-31
• 2.4.1 金屬氧化物半導(dǎo)體CO傳感器26-28
• 2.4.2 電化學(xué)電解液及固體電解質(zhì)CO傳感器28-30
• 2.4.3 電化學(xué)固體高分子型CO傳感器30-31
• 2.5 金屬氧化物半導(dǎo)體CO傳感器的研究歷程及進(jìn)展31-41
• 2.5.1 發(fā)展歷程31-34
• 2.5.2 研究進(jìn)展34-41
• 3 二氧化錫制備及其厚膜氣敏元件41-54
• 3.1 研究背景41
• 3.2 SnO_2材料的溶膠-凝膠法制備41-43
• 3.3 厚膜的制備與測(cè)試43-47
• 3.3.1 制備過(guò)程與測(cè)試系統(tǒng)44-45
• 3.3.2 厚膜材料與基板的熱膨脹性能45-47
• 3.4 多孔SnO_2厚膜傳感器的制備及其氣敏性能47-52
• 3.4.1 多孔厚膜的氣敏性能49-52
• 3.5 小結(jié)52-54
• 4 鐵、鈀改性二氧化錫的制備及其CO敏感性能54-64
• 4.1 研究背景54-55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法55-56
• 4.2.1 材料的制備55
• 4.2.2 材料的表征與氣敏測(cè)試55-56
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論56-63
• 4.3.1 材料的結(jié)構(gòu)與形貌56-58
• 4.3.2 材料的氣敏性能58-59
• 4.3.3 材料對(duì)CO的選擇性及機(jī)理分析59-63
• 4.4 小結(jié)63-64
• 5 貴金屬及氧化物改性二氧化錫對(duì)CO和H_2的選擇性研究64-76
• 5.1 研究背景64
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法64-65
• 5.2.1 材料的制備64-65
• 5.2.2 材料的表征及測(cè)試65
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論65-75
• 5.3.1 材料的結(jié)果與形貌65-67
• 5.3.2 In、Au改性對(duì)SnO_2氣敏性能的影響67-70
• 5.3.3 Pt負(fù)載SnO_2對(duì)H_2的氣敏性能70-73
• 5.3.4 Pt負(fù)載SnO_2對(duì)低濃度H_2的檢測(cè)73-74
• 5.3.5 摻雜與負(fù)載改性對(duì)CO和H_2選擇性的影響74-75
• 5.4 小結(jié)75-76
• 6 二氧化錫的氣體敏感機(jī)理研究76-84
• 6.1 研究背景76
• 6.2 N_2背景氣氛下O_2和H_2對(duì)材料電阻的影響規(guī)律76-79
• 6.3 不同濃度N_2和O_2背景氣氛下SnO_2對(duì)H_2的氣敏性能79-83
• 6.4 小結(jié)83-84
• 7 二氧化錫對(duì)氣體響應(yīng)值與氣體濃度關(guān)系的定量研究84-99
• 7.1 研究背景84
• 7.2 實(shí)驗(yàn)方法84-85
• 7.2.1 材料的制備84
• 7.2.2 傳感器的組裝與測(cè)試84-85
• 7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論85-98
• 7.3.1 物相及形貌表征85-86
• 7.3.2 純SnO_2焙燒厚膜及工作溫度對(duì)氣敏性能及n值的影響86-88
• 7.3.3 Pt負(fù)載及Fe摻雜及制備方法對(duì)n值的影響88-89
• 7.3.4 氣體種類對(duì)n值的影響89-90
• 7.3.5 氣敏過(guò)程中CO和H_2間的關(guān)系90-92
• 7.3.6 Pt負(fù)載SnO_2及Pd、Fe改性SnO_2對(duì)CO和H_2的同時(shí)定量92-95
• 7.3.7 本研究CO傳感器與商品CO傳感器的氣敏性能對(duì)比95-98
• 7.4 小結(jié)98-99
• 8 結(jié)論99-101
• 參考文獻(xiàn)101-113
• 附錄A113-119
• 作者簡(jiǎn)歷及在學(xué)研究成果119-123
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集123

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 徐毓龍,G.Heiland;金屬氧化物氣敏傳感器(V)[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);1996年04期

2 鐘鐵鋼;梁喜雙;劉奎學(xué);全寶富;;固體電解質(zhì)電位型CO氣體傳感器的研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2009年02期

3 祁欣,王鈞,李曉青,譚為民;控制電位電解法H_2S氣體傳感器[J];傳感器技術(shù);1997年02期

4 楊邦朝,段建華;一氧化碳傳感器的應(yīng)用與進(jìn)展[J];傳感器技術(shù);2001年12期

5 陳長(zhǎng)倫,何建波,劉偉,劉錦淮;電化學(xué)式氣體傳感器的研究進(jìn)展[J];傳感器世界;2004年04期

6 韓元山,王常珍,田彥文,翟玉春;LaF_3基固體電解質(zhì)CO/CO_2氣體傳感器[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào);2004年03期

7 劉濤;李琳;于景坤;;固體混合電勢(shì)型CO傳感器的研究進(jìn)展[J];工業(yè)計(jì)量;2010年04期

8 張小水;張樹(shù)金;高勝國(guó);谷永謙;;控制電位電解法NO_2氣體傳感器[J];陶瓷學(xué)報(bào);2008年03期

9 潘慶誼,徐甲強(qiáng),劉宏民,安春仙,賈娜;微乳液法納米SnO_2材料的合成、結(jié)構(gòu)與氣敏性能[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);1999年01期

10 馮業(yè)銘，董平，，樊忠良，陸天虹，薛祚霖;控制電位電解一氧化碳監(jiān)測(cè)儀的研制[J];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1994年02期

本文編號(hào)：516756