瓦斯敏感薄膜的制备及气敏特性研究

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近年来,瓦斯爆炸的事故时有发生,给人们的生命财产带来了不可估量的损失。为了减少类似事件的发生,新型瓦斯传感器的研制已经势在必行。气体传感器的核心部分是敏感材料,目前常用的敏感材料有半导体材料、金属氧化物、碳纳米管等。但是此类材料制成的传感器造价昂贵、工艺复杂、需要高温、高功耗、寿命短,因此远远满足不了实际的生产生活应用。在众多的敏感材料中,高分子聚合物材料由于工艺简单、灵敏度高、可塑性强、成膜效果好等特点,已经成为瓦斯传感器研制的一个热点。然而,单一的高分子聚合物存在着对气体的选择性差、灵敏度不高、易受温湿度影响等缺点,因此,常常采用掺杂无机半导体金属氧化物的手段对聚合物材料进行化学物理改性,提高传感器的性能。本文主要做了一下两方面的工作:(1)首先采用耦合的方法制备了聚合物材料PDMEB,并通过掺杂的方法制备了两种复合材料PDMEB/In2O3、PDMEB/SnO2,并分析了三种材料的红外光谱特征。然后将三种材料镀在声表面波SAW器件上,在常温常压下测试了其对瓦斯中CH4、NH3、CO、NO2等气体的敏感效应。研究发现,掺杂不同的纳米材料,对材料的特性改变也不同。PDMEB/In2O3对CH4、NH3、CO、NO2等气体的响应度都比单一的PDMEB增大很多,而PDMEB/ SnO2对CH4等几种气体的响应度都比单一的PDMEB下降很多。(2)选用中心频率为8 MHz的QCM器件作为敏感元件,采用旋涂的成膜工艺制备出三种瓦斯传感器,并在常温常压下测试了三者对瓦斯中几种主要气体的气敏效应。测试结果显示,三种材料对CO的响应速度和恢复速度最快,对NH3的响应速度和恢复速度则最慢。PDMEB/In2O3对CH4、CO、NH3的响应速度优于另外两种材料,PDMEB、PDMEB/SnO2对NO2的响应速度要大于PDMEB/In2O3;恢复响应方面,对于相同气体的不同浓度,三者材料的恢复时间快慢也不一样。大致上,PDMEB/In2O3、PDMEB/SnO2对CH4的恢复速度快于PDMEB;PDMEB/SnO2对NH3的恢复响应最慢,对CO恢复最快;PDMEB对NO2的恢复速度最快, PDMEB/In2O3则相对最慢。
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