收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

纳米In_2O_3气敏性能及其气敏机理研究

詹自力  
【摘要】:半导体气体传感器因其具有结构简单、成本低廉、灵敏度高、工艺成熟等优点,使其在可燃气体、毒性气体的检漏报警,环境气体的监控等领域得到了广泛的应用。 对于SnO_2、Fe_2O_3、ZnO等传统的半导体气敏材料,自60年代以来广大科技工作者已进行了广泛而深入的研究,使SnO_2基气体传感器在民用和工业等方面的应用得到了很大发展。但到目前为止,半导体气敏元件仍然存在选择性差、功耗高、环境温湿度效应大等缺点,而且对其气敏机理的认识还不是十分清楚,从而限制了气体传感器的发展和应用。针对目前半导体气敏元件中存在的问题,本文对新型气敏材料纳米In_2O_3的合成、气敏性能和气敏机理等有关问题进行了较为系统的研究。研究内容如下: 本文采用激光透过率法对非离子表面活性剂Triton X—100微乳液体系的相行为进行了研究,考察了油相(烃类)、助表面活性剂、温度和盐度对W/O(油包水型)微乳液区域的影响,筛选出了适合无机纳米材料合成的微乳液体系。该体系具有较大的W/O微乳液区域和较大的增溶水量,受盐度和pH值的影响小,是较为理想的合成无机纳米材料的微乳液体系。 提出了一种采用微乳液法合成纳米In_2O_3的工艺路线,研究了影响In_2O_3粒径的各种因素,优化了合成条件。在优化条件下制备的In_2O_3为球形,粒径分布在非常窄的范围内。在一定程度下可以控制颗粒的粒径大小,平均粒径最小的为6.44nm,最大直径为42.00nm。 同时对纳米In_2O_3的气敏性能进行了研究,结果表明In_2O_3对H_2、i-C_4H_(10)和C_2H_5OH有着较高的灵敏度,而且电阻率小,催化活性高,是研究新型低功耗气敏元件的理想材料。 本文利用In_2O_3具有较小电阻率和较高的催化活性的特点,对新型低功耗气敏元件进行了研究。首次研制出了新型低功耗热线型可燃气体气敏元件和热线型C_2H_5OH气体气敏元件。这两种气敏元件与传统的旁热式气敏元件相比,功耗降低一半以上,有着良好的抗环境温湿度干扰的能力,解决了旁热式气敏元件中长期存在的这两个问题,同时所研制的元件还具有灵敏度高,响应—恢复时间短,稳定性好等特点。这两种气敏元件已经在河南汉威电子有限公司投入生产并得到了用户好评,目前国内市场还未见热线型气敏元件的销售。 利用表面修饰技术研制出了低功耗热线型H_2气敏元件和LPG(液化石油气)气 中文摘要 敏元件。H:气敏元件对H:有很高的灵敏度和很好的选择性,元件的环境温湿度效 应小,稳定性好。LPG气敏元件功耗(75mw)远低于旁热式气敏元件(700衅),该 元件响应一恢复时间短,稳定性较好,为便携式气体检测器的研制奠定了基础。 热线型气敏元件是近年来才开始被研究的一种新型的半导体气敏元件,目前 还未见对其气敏机理分析的报道。本文对其气敏机理进行了分析,讨论了影响气 敏元件灵敏度的因素,发现热线型气敏元件的基本气敏机理与传统旁热式气敏元 件相同,也是依靠目标气体与气敏材料表面上吸附的负氧离子(0一和02一等)的反 应,消耗部分负氧离子,从而引起气敏材料的电阻值发生变化达到检测目标气体 的目的。但热线型气敏元件的气敏机理与旁热式气敏元件也有不同之处,并从理 论上分析了影响热线型气敏元件灵敏度的因素,推导出灵敏度计算公式。即目标 气体与气敏材料表面吸附的氧离子的反应不仅使敏感元件的电阻值减小,而且使 补偿元件的电阻值增大,这两方面的作用对元件的灵敏度都有贡献,其共同作用 的结果使热线型气敏元件有较高的灵敏度,同样由于补偿元件的存在,环境温湿 度不仅影响敏感元件电阻而且同时也影响补偿元件的电阻,并且对敏感元件和补 偿元件的影响趋势是相同的(同时增大或减小),敏感元件的温湿度效应得到了部 分补偿,所以热线型气敏元件受坏境温湿度影响较小。 研究发现气敏材料的催化性能与其气敏性能有密切的关系,催化活性的高低 直接影响元件灵敏度的大小。催化活性太高,则目标气体在气敏材料的外层被反 应掉,不能够影响气敏材料内层的电阻值,元件灵敏度反而较低,而催化活性太 低,则目标气体不能与吸附氧离子发生化学反应,也表现出较低的灵敏度。因此, 我们认为较为理想的情况是目标气体扩散进入气敏材料最内层时被反应掉,这时 元件的灵敏度最高。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李永红,侯长平,葛秀涛,张延琪;Cu~(2+)掺杂对In_2O_3电导和气敏性能的影响[J];传感器技术;2004年05期
2 娄向东,贾晓华,王晓兵;CdS纳米材料的制备及气敏性能研究[J];传感器技术;2005年08期
3 李玲;潘庆谊;程知萱;董晓雯;陈海华;;CNT-WO_3元件的氨敏性能研究[J];无机材料学报;2006年01期
4 杨俊梅;桑海军;毕淑娟;;浸渍-提拉法制备WO_3薄膜的气敏性能研究[J];沈阳航空工业学院学报;2007年02期
5 秦玉香;包智颖;胡明;孙鹏;;钨氧化物纳米结构的合成与表征(英文)[J];无机化学学报;2010年12期
6 王燕;张战营;曹建亮;路长;孙广;王杰;;化学沉淀法制备纳米α-Fe_2O_3及其气敏性能研究[J];河南理工大学学报(自然科学版);2011年02期
7 方国家,刘祖黎,张增常,王昕玮,姚凯伦;Ce掺杂对SnO_2薄膜电学及气敏性能的影响[J];中国稀土学报;1997年01期
8 牛新书,杜卫平,杜卫民,蒋凯;掺杂稀土氧化物的ZnO材料的制备及气敏性能[J];稀土;2003年06期
9 古彦飞;季惠明;张颖;;氧化物半导体丙酮气敏传感器材料研究与应用[J];材料导报;2004年08期
10 赵鹤云;李跃华;杨留方;柳清菊;吴兴惠;;SnO_2纳米棒的乙醇气体敏感特性研究[J];传感器与微系统;2006年08期
11 陈仕国;古小艺;戈早川;;炭黑/水性聚氨酯复合材料的制备与气敏性能[J];深圳大学学报(理工版);2006年04期
12 范新会;马雪红;于灵敏;张克良;严文;;烧结温度对ZnO纳米线酒敏性能影响的研究[J];西安工业大学学报;2007年02期
13 牛新书;王雪丽;李华;魏平涛;茹祥莉;陈晓丽;;Al_2O_3-La_2O_3共掺杂对ZnO纳米粉体气敏性能的影响[J];传感器与微系统;2008年11期
14 徐宇兴;谭强强;唐子龙;张中太;袁章福;;WO_3基气敏传感器[J];化学进展;2009年12期
15 王晓兵;李培;娄向东;冉伟丽;王学锋;;In_2O_3纳米粉体的制备及其气敏性能研究[J];人工晶体学报;2010年04期
16 林贺;范新会;于灵敏;严文;;Al掺杂对ZnO纳米线CO气敏性能的影响[J];铸造技术;2010年09期
17 桂阳海;崔瑞立;牛连杰;田俊峰;;微波辅助合成纳米WO_3/TiO_2复合材料及其气敏性能[J];电子元件与材料;2011年01期
18 林贺;范新会;于灵敏;严文;;稀土元素掺杂对ZnO纳米线气敏性能的影响[J];西安工业大学学报;2010年04期
19 龚晓钟,汤皎宁,马晓翠,刘剑洪,黄建军,柳文军;纳米ZrO_2的性能及其气敏性的研究[J];化学工程师;2000年04期
20 程知萱,李玲,陈海华,潘庆谊;掺杂纳米NiO粉体材料的气敏性能研究[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈立桥;张文惠;张伟德;吴明娒;;赤铁矿Fe_2O_3纳米片的形貌调控及其气敏性研究[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
2 汤晓霏;程晓丽;霍丽华;徐英明;高山;赵辉;;In_2O_3/C微球的可控合成及其气敏性能研究[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
3 林毓韬;徐涛;朱忠其;柳清菊;;微波化学法制备Ag-LaFeO_3的甲醛气敏性能研究[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年
4 樊发英;冯俊婷;罗瑞贤;陈霭藩;李殿卿;;ZnO量子点的可控合成及焙烧对产物形貌和气敏性能的影响[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
5 赵杰;赵经贵;高山;霍丽华;;量子尺寸SnO_2薄膜的显微结构及气敏性能[A];2003年纳米和表面科学与技术全国会议论文摘要集[C];2003年
6 李军荣;许家瑞;章明秋;容敏智;;炭黑填充型聚苯乙烯基导电复合材料的气敏性能[A];2002年材料科学与工程新进展(下)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
7 宋文龙;郑聚成;陈高峰;何芳远;林志东;;氧化钛锡复合纳米粉的制备及其气敏性[A];第九届全国微型化学实验研讨会暨第七届中学微型实验研讨会论文集[C];2011年
8 左霞;王彬;吴谊群;;八异戊氧基金属萘酞菁配合物旋涂膜的气敏性研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(7)[C];2007年
9 王成祥;尹龙卫;;二氧化钛纳米花的制备与气敏性能[A];第七届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2009年
10 陈高峰;周寻;宋文龙;林志东;;多孔SnO_2纳米粉体的制备及其醇类气敏性能研究[A];2010’全国半导体器件技术研讨会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 田守勤;传感器表面纳米敏感材料微结构的调控及其气敏性能研究[D];华中科技大学;2013年
2 张文惠;半导体金属氧化物的制备、表征及其气敏性能研究[D];华南理工大学;2011年
3 任富建;纳米结构二氧化钛薄膜的制备及其气敏特性研究[D];清华大学;2011年
4 冯彩慧;掺杂、造孔对常见低维纳米材料气敏性能的影响[D];吉林大学;2013年
5 刘相红;金属氧化物微纳米结构的合成、调控及气敏性能研究[D];南开大学;2012年
6 孙立辉;LaFeO_3基氧化物对还原性气体的气敏性与机制研究[D];山东大学;2013年
7 宋钫;生物分级多孔结构二氧化锡的制备及气敏性能研究[D];上海交通大学;2012年
8 俞娇仙;化合物半导体的微结构调控及其光催化、气敏性能的研究[D];山东大学;2011年
9 郭威威;半导体金属氧化物ZnO的水热合成及气敏性能研究[D];重庆大学;2013年
10 曾文;SnO_2/TiO_2体系气敏性能及其机理研究[D];重庆大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 侯贤祥;低维氧化钨纳米晶材料的制备与气敏性能研究[D];郑州大学;2011年
2 徐明辉;氧化锡纳米片制备及气敏性能研究[D];天津理工大学;2010年
3 张海珍;氧化铜、氧化亚铜材料的制备表征及气敏性能研究[D];中南大学;2013年
4 林毓韬;铁酸镧改性对甲醛气敏性能影响的研究[D];云南大学;2012年
5 孟帆;氧化锌空心球、纳米棒制备及其气敏性能[D];天津理工大学;2011年
6 赵明;二价元素A位掺杂对钙钛矿气敏性能的影响[D];山东大学;2010年
7 杜传将;钙钛矿材料中的磁电耦合与其他性质研究[D];山东大学;2013年
8 汪正军;锡酸盐微/纳米材料的结构调控与气敏性能研究[D];上海师范大学;2011年
9 宋宁宁;基于自然生物模板的半导体功能材料及其气敏性能的研究[D];河南师范大学;2013年
10 王彬;不同晶型氧化铟纳米材料的制备及其气敏性能研究[D];北京化工大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978