【正文】 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 第七章 新型氣體傳感器及陣列 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 概 述 新型氣體傳感器 目 錄 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 概 述 氣體傳感器及氣體檢測方法 氣體傳感器的分類 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 氣體傳感器及氣體檢測方法 A. 概 念 C. 當(dāng)前使用的主要?dú)怏w檢測方法 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 A. 氣體傳感器定義 氣體傳感器是指能將被測氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出的裝置或器件 。 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 B. 氣體傳感器必須滿足下列條件 (1) 能夠檢測爆炸氣體的允許濃度 、 有害氣體的允許濃度 相 其它基準(zhǔn)設(shè)定濃度 ． 并能及時(shí)結(jié)出報(bào)警 、 顯示和控制信號； (2) 對被測氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不敏感； (3) 性能長期穩(wěn)定性好； (4) 響應(yīng)迅速 、 重復(fù)性好； (5) 維護(hù)方便 、 價(jià)格便宜 ， 等 。 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 C. 各種檢測方法的選擇問題 ? 一般情況下 ， 要檢測的氣體種類是已知的 ， 因此 ， 檢測方法的選擇范圍自然就縮小了 。 ? 另外 ， 傳感器使用場所以現(xiàn)場和密閉環(huán)境為主 ，只是在選擇標(biāo)準(zhǔn)方面有些不同 。 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 氣體傳感器的分類 ? 氣體傳感器從結(jié)構(gòu)上區(qū)別可分為兩大類： （ 1） 干式氣體傳感器 （ 2） 濕式氣體傳感器 ? 凡構(gòu)成氣體傳感器的材料為固體者均稱為干式氣體傳感器； ? 凡利用水溶液或電解液感知待測氣體的稱為濕式氣體傳感器 。 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 氣敏元件 干式 濕式 接觸燃燒式 半 導(dǎo) 體 式 半導(dǎo)體陶瓷型 厚膜型 薄膜和微粒子型 固體電介質(zhì)式（ ZrO2） 紅外線吸收式 導(dǎo)熱率變化式（熱線，熱敏電阻） 以固定電位電解式為代表 （極譜式，原電池式） 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 新型氣體傳感器 ? 聚苯胺復(fù)合薄膜氣體傳感器的制備及特性研究 ? 有機(jī)薄膜晶體管氣體傳感器的制備及特性研究 ? 質(zhì)量敏感型有毒有害氣體傳感器及陣列研究 ? MEMS氣體傳感器 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 聚苯胺復(fù)合薄膜氣體傳感器的制備及特性研究 謝光忠 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 主要內(nèi)容 第一章 相關(guān)背景簡介及課題研究內(nèi)容 第二章 器件結(jié)構(gòu)選擇及氣敏測試系統(tǒng)組建 第三章 PANI及 PANI/TiO2敏感薄膜的制備、 表征及氣敏特性的研究 第四章 PANI/SnO2和 PANI/SnO2TTAB薄 膜的制備、表征及氣敏特性的研究 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 課題的來源及意義 ? 課題的來源 ? 本課題來源于國家杰出青年科學(xué)基金 ―― 傳感技術(shù)及其系統(tǒng) (60425101)項(xiàng)目。 ? 課題的意義 ? 進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測 ? 保證人們的健康和生活 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 ?高分子電阻式氣體傳感器 ?濃差電池式氣體傳感器 ?聲表面波式氣體傳感器 ?石英諧振子式氣體傳感器 氣體傳感器的研究現(xiàn)狀 ★ 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 本課題的研究內(nèi)容 薄膜表征 器件制備 氣敏特性測試 NH3氣敏特性 CO氣敏特性 SEM分析 紫外可見光譜 紅外光譜 PANI/SnO2 PANI/TiO2 質(zhì)子酸摻雜劑 表面活性劑 不同聚合溫度 理論研究 查閱文獻(xiàn) 材料選擇 器件設(shè)計(jì) 結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 PANI及 PANI/TiO2 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 主要內(nèi)容 第一章 相關(guān)背景簡介及論文主要工作 第二章 器件結(jié)構(gòu)選擇及氣敏測試系統(tǒng)組建 第三章 PANI及 PANI/TiO2敏感薄膜的制備、表征及氣敏特性的研究 第四章 PANI/SnO2和 PANI/SnO2TTAB薄 膜的制備、表征及氣敏特性的研究 第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與工作展望 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 ?氣體傳感器的信號檢出元件有兩大類： (1)電學(xué)器件 ? 平面叉指電極 (IDE) ? 場效應(yīng)管 (MOSFET) (2)聲學(xué)器件 ? 聲表面波器件 (SAW) 器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ?平面叉指電極結(jié)構(gòu) 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 氣敏測試系統(tǒng)的組建 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 氣體傳感器的主要特性參數(shù) (1)器件電阻 R0和 RS (2)相對靈敏度 S (3)響應(yīng)時(shí)間 T1及恢復(fù)時(shí)間 T2 (4)重復(fù)性及穩(wěn)定性 (5)選擇性 S00RRSR??電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 主要內(nèi)容 第一章 相關(guān)背景簡介及論文主要工作 第二章 器件結(jié)構(gòu)選擇及氣敏測試系統(tǒng)組建 第三章 PANI及 PANI/TiO2敏感薄膜的制備、表征及氣敏特性的研究 第四章 PANI/SnO2和 PANI/SnO2TTAB薄 膜的制備、表征及氣敏特性的研究 第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與工作展望 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 (1)基片預(yù)處理 (2) 薄膜的制備 PANI/TiO2和 PANI敏感薄膜的制備 PSS溶液 1%的 PDDA水溶液 平面叉指電極 PANI/TiO2敏感薄膜 苯胺單體 TiO2溶膠 HCl溶液 PANI/TiO2水溶液 過濾 PANI/TiO2濾液 將處理好的基片浸入 混 合 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 PANI/TiO2和 PANI敏感薄膜的表征 ? PANI/TiO2和 PANI敏感薄膜的 SEM分析 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 PANI/TiO2和 PANI敏感薄膜的表征 ? PANI/TiO2復(fù)合薄膜和 PANI薄膜紫外 — 可見光譜分析 摻雜態(tài) 聚苯胺一般有 三個(gè)特征峰 π π *躍遷 極子帶 π *躍遷 π 極子帶躍遷 薄膜 波長 λ(nm) λ1 λ2 λ3 PANI 362 402 859 PANI/TiO2 363 425 875 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 PANI/TiO2和 PANI敏感薄膜的表征 ? PANI/TiO2復(fù)合薄膜和 PANI薄膜紅外光譜分析 PANI/TiO2復(fù)合薄膜 PANI薄膜 與純 PANI相比， PANI/TiO2納米復(fù)合材料的紅外光譜略向低波數(shù)移動 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 PANI/TiO2和 PANI敏感薄膜氣敏特性研究 ? PANI/TiO2復(fù)合薄膜和 PANI薄膜傳感器對NH3響應(yīng) — 恢復(fù)特性 PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器 PANI薄膜傳感器 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 PANI/TiO2和 PANI敏感薄膜氣敏特性研究 ? PANI/TiO2復(fù)合薄膜和 PANI薄膜傳感器對不同濃度 NH3的靈敏度比較 ? PANI/TiO2復(fù)合薄膜和 PANI薄膜傳感器對不同濃度 NH3氣體的響應(yīng)時(shí)間（ T1）及恢復(fù)時(shí)間（ T2） NH3濃度 (ppm) T1 /s T2 /s PANI/TiO2 PANI PANI/TiO2 PANI 23 6 9 11 17 47 2 5 6 11 70 2 6 4 8 94 2 7 4 8 117 3 5 4 8 141 1 4 3 9 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 ? PANI/TiO2復(fù)合薄膜和 PANI薄膜傳感器對NH3重復(fù)性 PANI/TiO2和 PANI敏感薄膜氣敏特性研究 PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器 PANI薄膜傳感器 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 ? PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器對不同濃度 CO的響應(yīng) —恢復(fù)特性 (a) ? PANI/TiO2復(fù)合薄膜和 PANI薄膜傳感器對不同濃度CO的靈敏度比較 (b) PANI/TiO2和 PANI敏感薄膜氣敏特性研究 (a) (b) 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 ? PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器對 23ppmCO重復(fù)性 (a) ? PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器對 NH3和 CO的靈敏度比較，如圖 (b) PANI/TiO2和 PANI敏感薄膜氣敏特性研究 (a) (b) 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 (1) PANI/TiO2復(fù)合薄膜溫度特性 ? 60℃ 下， PANI/TiO2復(fù)合薄膜對不同濃度 NH3氣體的響應(yīng) — 恢復(fù)特性 (a) ? 室溫下和 60℃ 下， PANI/TiO2復(fù)合薄膜對不同濃度 NH3氣體的靈敏度比較 (b) PANI/TiO2和 PANI敏感薄膜氣敏特性研究 (a) (b) 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 (2) PANI/TiO2復(fù)合薄膜濕度特性 ? 室溫下 PANI/TiO2復(fù)合薄膜氣體傳感器的濕度特性 PANI/TiO2和 PANI敏感薄膜氣敏特性研究 靈敏度隨著濕度的增加而減小 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 HCl和 PTSA摻雜 PANI/TiO2復(fù)合薄膜表征 ? HCl和 PTSA摻雜 PANI/TiO2復(fù)合薄膜的 SEM分析 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 ? HCl和 PTSA摻雜 PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器對 NH3響應(yīng) — 恢復(fù)特性 HCl和 PTSA摻雜 PANI/TiO2復(fù)合膜氣敏特性研究 HCl摻雜 PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器 PTSA摻雜 PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 HCl和 PTSA摻雜 PANI/TiO2復(fù)合膜氣敏特性研究 ? HCl和 PTSA摻雜 PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器對不同濃度 NH3的敏感特性 ? HCl和 PTSA摻雜 PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器對不同濃度 NH3氣體的響應(yīng)時(shí)間（ T1）及恢復(fù)時(shí)間（ T2 ） NH3濃度 (ppm) T1 /s T2 /s HCl 摻雜 PTSA 摻雜 HCl 摻雜 PTSA 摻雜 23 6 4 11 22 47 2 2 6 12 70 2 4 4 13 94 3 2 4 19 117 1 3 4 31 141 1 2 3 42 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 ? HCl和 PTSA摻雜 PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器對 NH3重復(fù)性 HCl和 PTSA摻雜 PANI/TiO2復(fù)合膜氣敏特性研究 HCl摻雜 PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器 PTSA摻雜 PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器 電子科技大學(xué) 敏感材料與傳感器 課程組 制作 ? HCl和 PTSA摻雜 PANI/TiO2復(fù)合薄膜傳感器對 NH3穩(wěn)定