聲表面波瓦斯傳感器強(qiáng)選擇瓦斯吸附薄膜的研究.pdf

1、煤炭業(yè)在我國能源工業(yè)中占有主導(dǎo)地位，煤礦安全-尤其是煤礦瓦斯安全是煤炭行業(yè)頭等大事。近十年來，我國在預(yù)防煤礦瓦斯事故方面投入了大量的人力和物力。為了減少礦井瓦斯爆炸與瓦斯突出事件的發(fā)生，改進(jìn)瓦斯傳感器的工作性能，研發(fā)新型瓦斯傳感器的需求迫在眉睫。聲表面波瓦斯傳感器靈敏度高、體積小，易于無線化和集成化，符合未來煤礦瓦斯傳感器發(fā)展的必然趨勢。本文以煤礦瓦斯安全為研究背景，分析了聲表面波瓦斯傳感器敏感薄膜的吸附機(jī)理及發(fā)展現(xiàn)狀，利用不同的實驗方

2、法制備了無機(jī)物、有機(jī)物以及無機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料瓦斯敏感薄膜。研究聲表面波瓦斯傳感器的強(qiáng)選擇性瓦斯氣體吸附薄膜，為該類傳感器精確傳感奠定堅實基礎(chǔ)。本項研究主要包括以下幾個方面：
　　首先，基于密度泛函理論的第一性原理，采用平面波贗勢方法，建立了CH4分子在氧化錫（SnO2）表面吸附模型。通過計算不同氧位置對CH4的吸附能，得到了多種吸附構(gòu)型和最佳吸附位置，并對SnO2和CH4表面電子態(tài)密度以及局域態(tài)密度進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，氧TOP位

3、對CH4的吸附能很大，為-8.314eV，這為聲表面波瓦斯傳感器敏感薄膜的強(qiáng)選擇性提供了理論依據(jù)。
　　其次，通過溶膠-凝膠法合成SnO2溶膠，在相同條件下，以SbCl3為摻雜改性劑制備了不同摻雜濃度的改性SnO2溶膠，以期通過提高薄膜導(dǎo)電能力增強(qiáng)薄膜對瓦斯的強(qiáng)選擇性。然后通過旋轉(zhuǎn)涂膜法將溶膠旋轉(zhuǎn)制膜沉積在硅基片上，采用XRD測試手段對薄膜形貌及結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過退火處理的SnO2薄膜為四方金紅石型結(jié)構(gòu)，衍射峰分別對應(yīng)其

4、（110）、（101）晶相，Sb的摻雜并沒有導(dǎo)致新相的生成。
　　最后，以化學(xué)氧化聚合法在酸性環(huán)境中制備導(dǎo)電聚苯胺（PANI），并制備不同氧化錫摻雜量的聚苯胺-氧化錫（PANI-SnO2）復(fù)合材料，以期結(jié)合有機(jī)與無機(jī)材料優(yōu)點，增強(qiáng)薄膜的選擇性。將材料溶解于N-甲基吡咯烷酮溶液中，之后運用Langmuir-Blodgett膜(LB薄膜)制備技術(shù)制備聚苯胺和聚苯胺-氧化錫薄膜。利用XRD、AFM測試手段對薄膜組成、微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表