基于TiO_2纳米管的NO_2气敏传感器研究

【摘要】： 随着工业的高速发展,大气污染问题日益突出。NO_2是主要的大气污染物之一,利用气体传感器对其进行快速在位、实时检测具有重要意义。传统的金属氧化物半导体气敏元件存在工作温度高、选择性差,稳定性差等问题,针对这些问题,本文旨在采用一维有序的纳米氧化物半导体材料,制备新型气敏传感器。 本文设计并组建了一套可以程序控制的气体传感器性能标定和测试系统,最大程度上减少了人为操作误差,可以准确、便捷的实现对传感器性能的测试。使用这套系统,本文考察了在相同实验条件下,不同方法制备的一维TiO_2纳米管气敏元件对NO_2的气敏特性。 采用水热法合成TiO_2纳米管与纳米颗粒的混合物,制备传统硅平板微电极薄膜型气体传感器。TEM和SEM照片表明水热法制备的无序TiO_2纳米管直径约15nm,长约数微米,并且这些TiO_2纳米管经过旋转涂覆工艺可均匀的附着在硅平板微电极上;X射线衍射谱图表明经过第二步弱酸水热法使第一步水热法得到的TiO_2纳米管晶体结构由钛酸盐型转化成锐钛矿相;对这种传统方法制备的TiO_2纳米管薄膜型传感器进行NO_2气敏性能测试的结果表明,气敏元件电阻较大,在低温下,对12.5ppmNO_2灵敏度仅为0.28,此外,气敏元件的恢复性差。 本文重点考察了阳极氧化法制备的有序TiO_2纳米管阵列的NO_2气敏特性。SEM照片表明TiO_2纳米管壁厚约10nm,直径约100nm,长约700nm,纳米管垂直有序的生长于Ti基底表面,真空蒸镀的金电极与TiO_2纳米管阵列层紧密结合;XRD谱图表明经过500℃焙烧TiO_2形成锐钛矿晶型;NO_2气敏实验发现,在80℃-140℃的温度范围内,TiO_2纳米管阵列对2.5ppm NO_2灵敏度随工作温度的升高而降低。80℃下,对2.5ppm的NO_2灵敏度高达130,实现了低温下对低浓度NO_2的检测,为开发常温传感器提供了实验依据。阳极氧化TiO_2纳米管阵列的气敏响应信号随着NO_2浓度的变化呈梯度变化。TiO_2纳米管阵列对于NO_2的响应、恢复迅速,随着工作温度的升高,响应时间略有上升,而恢复时间显著下降。

【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X51