VOCs气敏传感器的制备及性能研究

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随着工业的发展,工业生产和日常生活中使用的化学原料和在生产过程中产生的气体种类和数量越来越多。这些气体中,有毒气体不仅污染环境,而且严重威胁着人类的健康和安全,尤其是芳香族化合物中的芳香烃即苯类化合物(苯、甲苯、二甲苯)和醛类气体对人体健康的损害十分严重。因此对这几类VOCs进行有效便捷的监测,引起了人们极大的关注。 本论文采用固相合成的方法制备了在TiO2中分别混合不同原子百分比的Al2O3、SnO2、In2O3和Cr2O3的敏感材料,并采用传统的陶瓷型气敏传感器的制备工艺制备了气敏元件。对上述气敏材料及传感器对苯、甲醛等气体的气敏特性进行了测试。研究了材料的化学组分对气敏特性的影响,加热功率对材料气敏特性的影响及气敏传感器的响应—恢复时间。结果表明:在TiO2中,分别混合SnO2、In2O3或Cr2O3的传感器对苯都有响应,其中以混合SnO2的传感器对苯的灵敏度最好;混合In2O3或Cr2O3的传感器对丙酮气体有较好响应;混合SnO2或Cr2O3的传感器元件对甲醛气体都表现出较好的响应,且其中以混合Cr2O3的元件更为灵敏。 另外,我们还分别采用固相合成和溶胶—凝胶工艺制备了不同TiO2/Cr2O3配比的一系列TiO2/Cr2O3敏感材料,比较研究了不同材料制备工艺对气敏材料的气敏特性的影响。气敏特性研究结果表明:用固相合成法制备的Cr含量为48.50at%的TiO2/Cr2O3敏感元件对苯和甲醛都有最好的灵敏性和选择性,可有效检测21.5ppm苯和26.1ppm甲醛气体。其最佳工作(加热)电压都为5.5V。对苯和甲醛的平均响应时间分别是20s和2min,恢复时间较长,还需改进。
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