一維納米材料的場致電離傳感器的研制及其氣敏特性研究.pdf

1、在對國內(nèi)外場致電離氣體傳感器研究進展進行詳細(xì)調(diào)研的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)它始終存在著工作電壓高、選擇性差和穩(wěn)定性差問題。本論文避開傳統(tǒng)的依靠擊穿電壓下降和擊穿電流值來檢測氣體的方法，重點研究了場致電離傳感器的暗電流和氣體擊穿后脈沖電流特性。傳統(tǒng)的擊穿電壓和擊穿電流的氣體檢測方法建立在氣體劇烈放電基礎(chǔ)上，會對電極的納米結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞。此外，在混合氣體中，僅僅依靠擊穿電壓和擊穿電流值并不能同時獲得測試氣體的種類和濃度信息。因此，本論文提出暗電流和氣

2、體擊穿后脈沖電流檢測氣體的新方法。從原理、理論基礎(chǔ)和各種影響因素等方面進行了系統(tǒng)的研究，并用以檢測有毒有害氣體和濕度。設(shè)計并研制出基于一維納米材料的場致電離傳感器，建立了相應(yīng)的電流或電壓測試平臺。 第一章全面回顧了研究氣體傳感器的現(xiàn)狀、氣體的檢測方法、氣體傳感器的分類、氣體放電的分類、氣體電離式傳感器和納米材料的離子化作用，找出了場致電離傳感器依靠擊穿電壓和擊穿電流值檢測氣體存在選擇性差和穩(wěn)定性差問題。在此基礎(chǔ)上確定了論文的研究

3、方向和內(nèi)容，確定采用暗電流和氣體擊穿后脈沖電流的檢測方法來提高選擇性和穩(wěn)定性，確定以乙酸和氨氣等為研究對象。 第二章探討了一維納米材料及其陣列的制備。分別采用聚合物分解原位生長法、化學(xué)氣相沉積法和絲網(wǎng)印刷法制備出了碳納米管膜，用溶劑熱法制備出了氧化鋅納米棒陣列。用場發(fā)射掃描電鏡、透射電子顯微鏡、激光拉曼光譜儀等方法詳細(xì)地表征了制備出來的碳納米管和氧化鋅納米棒的形貌和結(jié)構(gòu)。 第三章詳細(xì)討論了場致電離傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制作，

4、建立了暗電流和擊穿電壓測試平臺，比較了多種陽極納米材料的離子化效果。提出了通過場致電離傳感器的暗電流檢測氣體的新方法，深入研究出了該方法對氣體的敏感響應(yīng)機理，從理論上分析并預(yù)測了暗電流與測試氣體濃度的關(guān)系。實驗探討了場致電離傳感器的暗電流和擊穿電壓方法對空氣中少量有機氣體的敏感響應(yīng)。結(jié)合氣體分子的自身特性闡述了場致電離傳感器對氣體的選擇性問題。詳細(xì)討論了采用不同陽極材料的場致電離傳感器在不同氣氛下，擊穿電壓的穩(wěn)定性問題，找出導(dǎo)致?lián)舸╇妷?/p>

5、不穩(wěn)定因素。通過實驗獲得了擊穿電壓與有機氣體濃度之間的關(guān)系，探討了擊穿電壓下降法檢測氣體的敏感機理。 第四章討論了利用場致電離傳感器的擊穿脈沖電流波形對單一氣體的檢測分析。論述了高壓放電產(chǎn)生脈沖電流的機制，搭建了基于三軸操作臺的測試裝置，建立了超高頻電信號測試平臺。采用ZnO納米棒陣列為陽極場致電離傳感器，詳細(xì)考察了過電壓、間隙間距和少量雜質(zhì)氣體對脈沖放電頻率和放電電流波形的影響。用擊穿脈沖電流波形測試方法成功實現(xiàn)對氦氣、氬氣和

6、氮氣的定性測試分析。 第五章首先討論利用碳納米管為陽極的場電離傳感器對乙酸的敏感響應(yīng)。實驗比較了場電離傳感器對空氣中乙醇、丙酮、水蒸汽和乙酸的靈敏度，并結(jié)合各種氣體分子的自身特性找出了靈敏度不同的原因。詳細(xì)探討了空氣中濕度對乙酸測試的影響，提出了解決濕度干擾的方法。其次，詳細(xì)研究了場致電離傳感器對空氣中濕度的敏感響應(yīng)。闡明了暗電流法檢測濕度的敏感機理，理論分析了暗電流與濕度的數(shù)值關(guān)系。并考察了場致電離傳感器對濕度的響應(yīng)時間和恢復(fù)