外场作用下气湿敏材料性能及机理研究

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本论文研究了电子束、紫外等外场对气湿敏材料及传感器性能的影响,分析了在外场作用下气湿敏材料敏感特性的变化规律,探讨了外场作用下传感器的敏感机理。 利用电子束外场作用于SnO2基半导体气敏传感器,研究了电子束辐照对二氧化锡气敏传感器的影响。结果表明,通过电子束辐照可以明显提高传感器对氢气、乙醇的灵敏度;随着电子束辐照剂量的增加传感器对氢气、乙醇的灵敏度和选择性系数逐渐增加,同时传感器的响应和恢复时间逐渐缩短。在辐照剂量较低时(<300kGy),SnO2半导体传感器灵敏度变化不太明显;在高剂量条件下(<840kGy)传感器灵敏度随辐照剂量显著增加。且当辐照剂量达到840kGy左右时,传感器性能基本达到稳定。利用元件表面吸附理论分析了SnO2气敏传感器的气敏机理。 利用紫外外场作用于SnO2半导体气敏传感器,研究了紫外辐照对二氧化锡气敏传感器的影响。首先,研究了SnO2传感器在低温条件下经过紫外辐照后表现出的“记忆效应”;其次研究了SnO2传感器在高密度紫外光照条件下的气敏特性。结果表明,通过紫外光辐照可以显著提高室温条件下SnO2传感器的灵敏度和电导率,随着紫外光辐照密度的增加传感器的灵敏度逐渐增加,同时传感器的响应和恢复时间逐渐缩短。对比没有紫外辐照的条件,在紫外光辐照条件下SnO2薄膜电阻减小。因此通过紫外光辐照使得通常需要在高温条件下工作的传感器可以在室温下工作,这就极大地增强了传感器的适用性,使得传感器可以应用于便携、低功耗状态。在本论文中也初步探讨了金属氧化物半导体薄膜在紫外辐照条件下的敏感机理。 利用预辐射接枝技术在高密度聚乙烯(HDPE)薄膜表面接枝了丙烯酸(AA)和对苯乙烯磺酸钠(SSS)。制备的接枝膜同时具有强酸基团(SO3Na-)和弱酸基团(COOH-),该接枝膜不溶于水并对湿度非常敏感。利用SEM、AFM分析了接枝膜在吸水前后的表面形貌,利用FTIR分析了接枝后膜的组成。湿敏性能测试表明,HDPE接枝膜具有很高的灵敏度(当相对湿度从5%RH变化到98%RH时,接枝膜电阻变化达到3~4个数量级),宽的响应范围(5%-98%RH),较小的湿滞(<2%RH),较快的响应时间(吸附1min,解吸3min),温度依赖性小,增大接枝率有利于减小湿滞和缩短恢复时间。并初步探讨了接枝HDPE湿敏膜的感湿机理。 实验结果表明,利用外场作用可以改善传感器的性能,优化敏感材料的制备工艺,扩大传感器的应用范围。
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