新型CO2氣敏材料.pdf

1、近年來由于人類大量使用煤、石油、天然氣等化石燃料，同時不斷砍伐樹木、破壞森林和草原，空氣中CO2氣體含量不斷增加，引發(fā)了溫室效應(yīng)，給農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、海洋生態(tài)、水循環(huán)、人口、環(huán)境等方面帶來了消極影響。同時CO2可以被用作其他用途，為人類生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。因此探測CO2氣體的相關(guān)技術(shù)（氣敏機(jī)理，材料開發(fā)，高品質(zhì)CO2氣體傳感器）亟待發(fā)展。優(yōu)質(zhì)的CO2氣體傳感器需要具備高的目標(biāo)氣體（CO2氣體）靈敏度、選擇性，長期穩(wěn)定性，抗腐蝕性好，不易中毒，

2、壽命高，較低的工作溫度、電阻值和功率，較短的響應(yīng)恢復(fù)時間等。金屬氧化物材料和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料因各自的結(jié)構(gòu)特征及氣敏性能好而被廣泛研究。CO2氣體由于其本身化學(xué)性質(zhì)太穩(wěn)定，導(dǎo)致對其敏感的材料相對較少。通過查閱CO2和氣敏相關(guān)文獻(xiàn)以及采用WS-30A氣敏元件測試系統(tǒng)對材料進(jìn)行氣敏性能測試，理論和實驗相結(jié)合來尋找對CO2氣體敏感的材料。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、庞贸恋矸ㄖ苽涞腟nO2氣敏性能較好，并且該制備工藝所需材料、工具和流程簡單，

3、更加適用于工業(yè)化生產(chǎn)。各燒結(jié)溫度(400～900℃)的納米SnO2材料在200～300℃的測試溫度段中測試溫度為240℃時響應(yīng)最好，靈敏度最大。各燒結(jié)溫度(400～900℃)的納米SnO2材料在6000ppm（CO2濃度）之后氣敏響應(yīng)靈敏度增加率變大，說明本課題沉淀法制備的納米SnO2材料在高濃度的CO2氣氛下氣敏性能佳。在200～300℃測試溫度段燒結(jié)600℃的納米SnO2材料氣敏響應(yīng)靈敏度一直大于其他燒結(jié)溫度的SnO2材料，說明60

4、0℃燒結(jié)的納米SnO2材料氣敏性能最佳。對于燒結(jié)600℃的納米SnO2氣敏元件隨著CO2濃度增大，高濃度時材料的響應(yīng)靈敏度有大幅度的增大，CO2濃度為2000ppm，5000ppm，8000ppm時燒結(jié)600℃的納米SnO2氣敏元件在測試溫度為240℃時氣敏靈敏度分別為1.239，1.752，5.859，靈敏度增加率分別為41.4％和234.4％。高濃度CO2氛圍下燒結(jié)600℃的納米SnO2材料對CO2氣體響應(yīng)很快，240℃和340℃響

5、應(yīng)恢復(fù)時間分別為(31s，47s)和(5s，10s)。納米SnO2材料接觸CO2氣體后電阻變小。測試溫度為240℃時，隨著CO2氣體濃度增加，燒結(jié)600℃的納米SnO2氣敏元件響應(yīng)時間減小，而恢復(fù)時間增大。隨著測試溫度的升高，燒結(jié)600℃的納米SnO2氣敏元件響應(yīng)恢復(fù)時間均減小，到340℃時響應(yīng)恢復(fù)時間都在10s左右。燒結(jié)600℃的納米SnO2氣敏元件在較低濃度（2000ppm和4000ppm）時，氣敏響應(yīng)靈敏度隨著濕度增加(14～66

6、％RH)先增大(34％ RH)后減小，高濃度(6000ppm和20000ppm)時氣敏響應(yīng)靈敏度隨著濕度增加(14～66％RH)逐漸減小。
　?、撇捎萌苣z凝膠法制備的納米NdFeO3材料在燒結(jié)溫度為400～900℃時得到純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，但是分散性不好。在測試溫度為200℃時在3000ppm和5000ppm的CO2氣體濃度中不同燒結(jié)溫度(400～900℃)的納米NdFeO3材料制備的氣敏元件中600℃燒結(jié)的納米NdFeO3材料氣敏響

7、應(yīng)最佳。160～300℃的測試溫度段內(nèi)，測試溫度為200℃時燒結(jié)600℃的納米NdFeO3材料的氣敏響應(yīng)最好，1000ppm，3000ppm，5000ppm，7000ppm和9000ppm下在200℃時的氣敏響應(yīng)值分別為1.391，1.831，2.219，2.714和2.917。納米NdFeO3材料接觸二氧化碳?xì)怏w后電阻增大。CO2濃度為9000ppm時燒結(jié)600℃的納米NdFeO3氣敏元件在160℃，200℃，240℃，260℃和30

8、0℃時響應(yīng)時間分別為380s，379s，289s，153s和150s，恢復(fù)時間分別為101s，88s，54s，35s和34s?？芍S著測試溫度的升高，響應(yīng)恢復(fù)時間減小。
　?、遣捎萌苣z凝膠法制備的納米PrFeO3材料在燒結(jié)溫度為400～800℃時得到純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，燒結(jié)700℃的納米PrFeO3材料的分散性較好。在160～240℃的測試溫度段中，160℃為最佳測試溫度，且600～800℃燒結(jié)的納米PrFeO3材料中700℃燒結(jié)的納