光激发气敏传感及其高通量表征装置的研究

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室内各种污染空气严重危害人们的健康,因此很有必要对它们进行实时监控,而金属氧化物半导体传感器因为价格便宜和使用方便可靠等优势成为首选。其中光激发气敏传感器又具有能在室温下工作、便于集成、适合检测各种可燃易爆气体等优点,因此我们对它进行了研究:(1)基于组合材料学的思想:并行合成,高通量表征,我们设计了气相光电性能高通量测试的芯片及装置以筛选和研究光激发气敏材料,该装置可以实现材料在不同偏压、不同气氛和不同光强下的测试,它最大的特点是可以同时测试16个不同的材料,而且装夹方便,制样简单,大大提高了试样的制备和测试效率,试样的管理和标记也比以前更方便了。(2)研究比较了TiO2和ZnO的光电流和气敏响应的差异以指导材料筛选。其中TiO2对乙醇和甲醛的气敏响应值远远大于ZnO的,并且TiO2对100ppm的乙醇和100ppm的甲醛的响应值分别达到了224和1700,这也显示了TiO2是一种很有前景的光激发气敏传感材料。分析表明,TiO2和ZnO之间的差异主要是由于紫外光照下材料表面吸附的O2-的量不同而导致的,这一点可以由他们之间光电流响应的差别和相关文献中报道的真空条件下这两种材料的光电流增大值的差异推测出。通过比较TiO2和ZnO之间的差异,我们得出了一个筛选光激发气敏传感器的原则:在空气条件下,具有低的光电流响应的材料更可能具有高的光激发气敏响应值。(3)研究了TiO2的真空退火以及表面修饰Pt对气敏性能的影响,其中真空退火后的TiO2与未经处理的TiO2相比对甲醛气氛的敏感度增大了五十倍左右。而材料表面负载Pt对敏感度的影响不大。为此我们进行了分析讨论,希望对日后材料性能的提高做出指导。
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