LaFeO3-ZnO電阻與電位型氣體傳感器的制作及性能研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)在帶給人們便利的同時(shí)也給我們的生活環(huán)境造成了污染。尤其是近年來，由于工業(yè)廢氣和汽車尾氣的大量排放，不可避免的造成了大氣污染；此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的提出和智能家居的出現(xiàn)，人們對(duì)室內(nèi)由于揮發(fā)性氣體造成的室內(nèi)空氣污染問題也更加關(guān)心。因此，制造出高性能低功耗的氣體傳感器應(yīng)用于室內(nèi)空氣檢測和特殊場合的氣體檢測是氣體傳感器領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。在本論文中，我們分別制作了以ZnO和LaFeO3為敏感材料的電阻型傳感器,和

2、以YSZ納米纖維作為固體電解質(zhì)材料，以ZnO和LaFeO3分別作為敏感電極和參考電極制作出ZnO|YSZ|LaFeO3混合電位型氣體傳感器。通過對(duì)敏感材料、電解質(zhì)材料等進(jìn)行微觀形貌改造，研究他們的電阻型和電位型傳感器的氣敏性能，以期達(dá)到性能增益的目的。主要研究內(nèi)容分為以下三部分：
　　1.采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備了ZnO納米顆粒，并采用X射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射電子顯微鏡(FE-SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)材料

3、進(jìn)行了表征。采用比表面及孔徑分析儀測定了ZnO納米顆粒的比表面積和孔徑。利用傳感器工藝技術(shù)制作了基于ZnO納米顆粒的旁熱式氣體傳感器，并測量了其在不同溫度不同濃度下對(duì)乙醇?xì)怏w的氣敏性能。在最佳工作溫度150 ℃下，該傳感器對(duì)100 ppm乙醇?xì)怏w具有最高的響應(yīng)值21.6，相應(yīng)的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別是4 s和32 s。對(duì)5種還原性氣體測試表明該傳感器對(duì)乙醇具有很好的選擇性。
　　2．采用溶膠凝膠法結(jié)合煅燒技術(shù)制備了LaFeO3顆粒，并

4、采用XRD、FE-SEM、電子能譜儀和X射線光電子能譜儀對(duì)材料進(jìn)行了表征，用比表面及孔徑分析儀測定了ZnO納米顆粒的比表面積和孔徑大小。制作了基于LaFeO3顆粒的旁熱式氣體傳感器，并測量了其在不同溫度和濃度下對(duì)甲醛氣體的敏感特性。在最佳工作溫度100℃下，氣體傳感器具有最高的靈敏度。對(duì)1-100 ppm甲醛氣體進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)傳感器對(duì)1-50 ppm甲醛具有最佳的線性響應(yīng)，線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.99。傳感器對(duì)50ppm甲醛的響應(yīng)時(shí)間是33

5、 s恢復(fù)時(shí)間為27 s。此外，還對(duì)9種還原性氣體進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)對(duì)甲醛具有很好的選擇特性。
　　3.采用靜電紡絲法制備了釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)納米纖維，并采用XRD和FE-SEM對(duì)材料進(jìn)行了表征。利用傳感器制造技術(shù)制作了ZnO|YSZ|LaFeO3結(jié)構(gòu)的旁熱式混合電位型氣體傳感器，并利用半導(dǎo)體器件測試系統(tǒng)測試了其在不同溫度和乙醇濃度下的電動(dòng)勢。在各個(gè)溫度下，傳感器都展現(xiàn)了較好的線性響應(yīng)。在工作電壓為8 V時(shí)，對(duì)500 ppm乙醇的

6、響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間分別為15 s和10 s，并且具有很好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。結(jié)果表明，以YSZ線纜結(jié)構(gòu)結(jié)合LaFeO3作為參考電極，ZnO作為敏感電極的新型YSZ基混合電位型氣體傳感器具有高的靈敏度和穩(wěn)定性。
　　通過以上三個(gè)部分的工作，我們較為系統(tǒng)的研究了基于ZnO/LaFeO3電阻型和混合電位型的氣體傳感器的靈敏度、選擇性等氣敏性能。為后續(xù)研究者更為深入地研究金屬氧化物氣體傳感器提供實(shí)驗(yàn)和理論指導(dǎo)。同時(shí)，為制造高性能低功耗氣體傳感器提