VOCs氣敏傳感器的制備及性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中使用的化學(xué)原料和在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氣體種類和數(shù)量越來越多。這些氣體中，有毒氣體不僅污染環(huán)境，而且嚴(yán)重威脅著人類的健康和安全，尤其是芳香族化合物中的芳香烴即苯類化合物(苯、甲苯、二甲苯)和醛類氣體對人體健康的損害十分嚴(yán)重。因此對這幾類VOCs進(jìn)行有效便捷的監(jiān)測，引起了人們極大的關(guān)注。 本論文采用固相合成的方法制備了在TiO<,2>中分別混合不同原子百分比的Al<,2>O<,3>、SnO<,2>、

2、In<,2>O<,3>和Cr<,2>O<,3>的敏感材料，并采用傳統(tǒng)的陶瓷型氣敏傳感器的制備工藝制備了氣敏元件。對上述氣敏材料及傳感器對苯、甲醛等氣體的氣敏特性進(jìn)行了測試。研究了材料的化學(xué)組分對氣敏特性的影響，加熱功率對材料氣敏特性的影響及氣敏傳感器的響應(yīng)一恢復(fù)時(shí)間。結(jié)果表明：在TiO<,2>中，分別混合SnO<,2>、In<,2>O<,3>或Cr<,2>O<,3>的傳感器對苯都有響應(yīng)，其中以混合SnO<,2>的傳感器對苯的靈敏度最好；

3、混合In<,2>O<,3>或Cr<,2>O<,3>的傳感器對丙酮?dú)怏w有較好響應(yīng)；混合SnO<,2>或Cr<,2>O<,3>的傳感器元件對甲醛氣體都表現(xiàn)出較好的響應(yīng)，且其中以混合Cr<,2>O<,3>的元件更為靈敏。 另外，我們還分別采用固相合成和溶膠一凝膠工藝制備了不同TiO<,2>／Cr<,2>O<,3>配比的一系列TiO<,2>／Cr<,2>O<,3>敏感材料，比較研究了不同材料制備工藝對氣敏材料的氣敏特性的影響。氣敏特性研

4、究結(jié)果表明：用固相合成法制備的Cr含量為48.50at％的TiO<,2>／Cr<,2>O<,3>敏感元件對苯和甲醛都有最好的靈敏性和選擇性，可有效檢測21.5ppm苯和26.1ppm甲醛氣體。其最佳工作(加熱)電壓都為5.5V。對苯和甲醛的平均響應(yīng)時(shí)間分別是20s和2min，恢復(fù)時(shí)間較長，還需改進(jìn)。 用溶膠一凝膠法(SOL-GEL)制備的Cr含量為39.42at％的TiO<,2>／Cr<,2>O<,3>敏感元件對苯和甲醛都具有最

5、好的敏感性，可有效檢測21.5ppm苯和26.1ppm甲醛氣體。其最佳工作電壓分別為5.5V和4.5V，對苯和甲醛的平均響應(yīng)時(shí)間分別是15s和lmin，恢復(fù)時(shí)間較長，還需改進(jìn)。 比較研究表明：溶膠一凝膠法制備的Cr含量為39.42at％的TiO<,2>／Cr<,2>O<,3>的敏感材料對苯和甲醛的敏感特性比固相合成法制備的Cr含量為48.50at％的TiO<,2>／Cr<,2>O<,3>的敏感材料對苯和甲醛的敏感特性要好，并且溶

6、膠一凝膠法制備的TiO<,2>／Cr<,2>O<,3>的敏感材料的初始阻值比固相法制備的TiO<,2>／Cr<,2>O<,3>的敏感材料的初始阻值要低的多，在一定程度上達(dá)到了降阻的目的。 本論文還對上述兩種材料進(jìn)行了物化結(jié)構(gòu)分析表征，從材料的結(jié)構(gòu)特征方面分析了上述兩種材料氣敏特性存在差異的原因。 XRD測試結(jié)果表明，濕化學(xué)法制備的Cr含量為39.42at％的TiO<,2>／Cr<,2>O<,2>敏感材料中，Cr<,2>O

7、<,3>與TiO<,2>形成了Cr<,2-x>Ti<,x>O<,3>(1／Cr<,2>O<,3>敏感材料經(jīng)燒結(jié)后，仍為TiO<,2>和Cr<,2>O<,3>的兩相混合體，其中TiO<,2>就為金紅石結(jié)構(gòu)。 固相法和化學(xué)法制備的TiO<,2>／Cr<,2>O<,3>敏感材料的孔隙度測試比較結(jié)果表明，溶膠一凝