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《納米in,2o,3氣敏性能及其氣敏機理研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、鄭州大學博士學位論文納米In<,2>O<,3>氣敏性能及其氣敏機理研究姓名：詹自力申請學位級別：博士專業(yè)：化學工藝指導教師：蔣登高20040410鄭州大學博士論文中文摘要半導體氣體傳感器因其具有結構簡單、成本低廉、靈敏度高、工藝成熟等優(yōu)點，使其在可燃氣體、毒性氣體的檢漏報警，環(huán)境氣體的監(jiān)控等領域得到了廣泛的應用。對于SnO：、Fe。0、ZnO等傳統(tǒng)的半導體氣敏材料，自60年代以來廣大科技工作者已進行了廣泛而深入的研究，使SnO：基氣體傳感器在民用和工業(yè)等方面的應用得到了很大發(fā)展。但到目前為止，半導體氣敏元件仍然存在選擇性差、功耗高、環(huán)境溫濕度效應大等缺點，而且對
2、其氣敏機理的認識還不是十分清楚，從而限制了氣體傳感器的發(fā)展和應用。針對目前半導體氣敏元件中存在的問題，本文對新型氣敏材料納米In。0的合成、氣敏性能和氣敏機理等有關問題進行了較為系統(tǒng)的研究。研究內容如下：本文采用激光透過率法對非離子表面活性劑TritonX--100微乳液體系的相行為進行了研究，考察了油相(烴類)、助表面活性劑、溫度和鹽度對W／O(油包水型)微乳液區(qū)域的影響，篩選出了適合無機納米材料合成的微乳液體系。該體系具有較大的W／O微乳液區(qū)域和較大的增溶水量．受鹽度和pH值的影響小．是較為理想的合成無機納米材料的微乳液體系。提出了一種采用微乳液法合成納米I
3、n：0；的工藝路線，研究了影響In：O。粒徑的各種因素，優(yōu)化了合成條件。在優(yōu)化條件下制備的In!O。為球形，粒徑分布在非常窄的范圍內。在一定程度下可以控制顆粒的粒徑大小，平均粒徑最小的為6．44nm，最大直徑為42．OOnm。同時對納米In。0的氣敏性能進行了研究，結果表明In：吼對‰、卜C。H。和C：HsOH有著較高的靈敏度，而且電阻率小，催化活性高．是研究新型低功耗氣敏元件的理想材料。本文利用In：0．，具有較小電阻率和較高的催化活性的特點，對新型低功耗氣敏／i件進行了研究。首次研制出了新型低功耗熱線型可燃氣體氣敏元件和熱線型C。叱OH氣體氣敏元件。這兩種氣
4、敏元件與傳統(tǒng)的旁熱式氣敏元件相比，功耗降低一半以。t-_，有著良好的抗環(huán)境溫濕度干擾的能力，解決了旁熱式氣敏元件中長期存在的這兩個問題，同時所研制的元件還具有靈敏度高，響應一恢復時間短，穩(wěn)定性好等特點。這兩種氣敏元件已經在河南漢威電子有限公司投入生產并得到了用戶好評，目前國內市場還未見熱線型氣敏元件的銷售。利用表面修飾技術研制出了低功耗熱線型心氣敏元件和LPG(液化石油氣)氣中文摘要敏元件?！須饷粼π挠泻芨叩撵`敏度和很好的選擇性，元件的環(huán)境溫濕度效應小，穩(wěn)定性好。LPG氣敏元件功耗(75mW)遠低于旁熱式氣敏元件(700mw)，該幾件響應一恢復時涮短，穩(wěn)定性
5、較好，為便攜式氣體檢測器的研制奠定了基礎。熱線型氣敏元件是近年來才開始被研究的一種新型的半導體氣敏元件，目前還未見對其氣敏機理分析的報道。本文對其氣敏機理進行了分析，討論了影響氣敏元件靈敏度的因素，發(fā)現(xiàn)熱線型氣敏元件的基本氣敏機理與傳統(tǒng)旁熱式氣敏元件相同，也是依靠目標氣體與氣敏材料表面上吸附的負氧離子(O一和0’等)的反應，消耗部分負氧離子，從而引起氣敏材料的電阻值發(fā)生變化達到檢測目標氣體的目的。但熱線型氣敏元件的氣敏機理與旁熱式氣敏元件也有不同之處。并從理論上分析了影響熱線型氣敏元件靈敏度的因素，推導出靈敏度計算公式。即目標氣體與氣敏材料表面吸附的氧離子的反應
6、不僅使敏感元件的電阻值減小，而且使補償元件的電阻值增大，這兩方面的作用對元件的靈敏度都有貢獻，其共同作用的結果使熱線型氣敏元件有較高的靈敏度．同樣由于補償元件的存在，環(huán)境溫濕度√i儀影uIq敏感元件電阻而且同時也影響補償元件的電阻．并且對敏感元件和補償兀件的影響趨勢是相同的(同時增大或減小)，敏感元件的溫濕度效應得到了部分補償，所以熱線型氣敏元件受環(huán)境溫濕度影響較小。研究發(fā)現(xiàn)氣敏材料的催化性能與其氣敏性能有密切的關系，催化活性的高低直接影響元件靈敏度的大小。催化活性太高，則目標氣體在氣敏材料的外層被反應掉，不能夠影響氣敏材料內層的電阻值，元件靈敏度反而較低，而催
7、化活性太低，則目標氣體不能與吸附氧離子發(fā)生化學反應，也表現(xiàn)出較低的靈敏度。因此，我們認為較為理想的情況是目標氣體擴散進入氣敏材料最內層時被反應掉，這時元件的靈敏度最高。關鍵詞：三氧化二銦，微乳液．納米材料，氣敏元件，氣敏性能，氣敏機理鄭州大學博士論文AbstractSemiconductorgassensors，whichhavesimplestructure，lowcost，highsensitivityandmaturefabricatingtechnique，arenowwidelyemployedindetectionoftoxicandinflamma
8、blegasesandm
