等離子噴涂氧化鎢涂層的制備及二氧化氮氣敏性能研究.pdf

1、二氧化氮(NO2)是一種典型大氣污染物，可導(dǎo)致光化學(xué)煙霧與酸雨等環(huán)境問題，也是大氣污染物PM2.5（粒徑小于2.5微米的固態(tài)顆粒）的成因之一，因此研發(fā)一種快速、穩(wěn)定、可靠的NO2氣體傳感器具有重要的現(xiàn)實意義。n型寬禁帶半導(dǎo)體材料，如三氧化鎢(WO3)，被認(rèn)為是高效氣敏材料，在檢測NO2氣體方面表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
　　本文采用大氣等離子噴涂(APS)、溶液前驅(qū)體等離子噴涂(SPPS)和復(fù)合等離子噴涂(APS+SPPS)三種工藝方

2、法，以WO3粉末和鎢酸銨水溶液作為噴涂原料沉積WO3單個粒子和涂層，研究噴涂工藝參數(shù)（基體溫度、噴涂距離和氫氣流量）對單個粒子和涂層微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，最后對WO3的NO2氣敏性能進(jìn)行評價與分析。
　　首先，對比APS和SPPS兩種工藝，研究基體溫度和噴涂距離對單個粒子沉積形貌的影響。實驗結(jié)果表明，基體未預(yù)熱時，APS粒子飛濺嚴(yán)重;隨著基體溫度的增加，微米粒子形貌從飛濺狀向圓盤狀轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變溫度在200℃左右。對于SPPS納米粒子而

3、言，形貌更加復(fù)雜?；w溫度為200℃時，出現(xiàn)泡沫狀顆粒;當(dāng)基體溫度為250℃時，出現(xiàn)中空球狀沉積粒子。隨后，研究了噴涂距離和氫氣流量對沉積粒子的影響規(guī)律，實驗結(jié)果顯示，噴涂距離為100 mm，氫氣流量為4 L/min時，粒子的扁平化程度最好。
　　然后，采用三種工藝，在帶有金電極的氧化鋁(Al2O3)傳感器基體上制備了WO3涂層。掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，所有WO3涂層都呈多孔、層狀特征，其中SPPS涂層孔隙率最高，APS涂層最低，APS

4、+SPPS涂層居中。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，APS制備WO3涂層毛孔粗大，涂層由微米粒子堆積而成;SPPS制備WO3涂層毛孔細(xì)小，涂層比表面積大;APS+SPPS具有獨特的微觀形貌，在粗大的微米級WO3粒子表面附著許多納米級WO3顆粒，形成獨特的微納結(jié)構(gòu)。
　　最后，對三種涂層進(jìn)行氣敏測試。結(jié)果顯示，SPPS涂層靈敏度最高，APS靈敏度最低。這是因為SPPS涂層呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，且比面積最高。涂層形貌對氣敏性能有重要影響，當(dāng)采用SPPS沉積涂層時