氣敏材料的合成與-資料下載頁
2025-08-14 11:10本頁面
【正文】 好的選擇性。如測得 1 000ppm丙酮和酒精的靈敏度分別為 β丙酮 =20, β 酒精 = 2，分辨率a=10。通常， a值越大，說明傳感器選擇性越好。 ? （ 8)穩(wěn)定性 ? 穩(wěn)定性是指當(dāng)氣體濃度不變時(shí)，若其他環(huán)境條件發(fā)生變化，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)氣敏元件輸出特性維持不變的能力。穩(wěn)定性表示氣體傳感器的固有電阻和靈敏度對環(huán)境條件的承受能力。通常元件經(jīng)長期使用后，它的電阻、靈敏度等會(huì)發(fā)生變化，或升或降。一般要求氣體傳感器經(jīng)過 3個(gè)月的存放必須再經(jīng)老化后方可使用， R0變化不超過 177。 10%。穩(wěn)定性的提高可以通過摻雜、表面處理等手段來實(shí)現(xiàn)。 ? (9)壽命 ? 壽命指的是氣體傳感器能維持正常工作的時(shí)間。 SnO2氣敏機(jī)理 ? S. Saukkoa對 O2與 SnO2表面相互作用狀態(tài)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在一定的溫度下物理吸附的 O2轉(zhuǎn)化為化學(xué)吸附的 O 2–和 O–等，氧化物表面氧吸附態(tài)的相對含量與工作溫度有關(guān)，且隨溫度的升高有如下趨勢： ? O2→O 2–→2O –→O 2– ? 當(dāng)元件遇到還原性氣體時(shí)，還原性氣體在半導(dǎo)體材料表面發(fā)生吸附并與吸附氧發(fā)生反應(yīng)，并放出電子。 ? 例如： 6O n– (ads)+C2H5OH = 2CO2+3H2O+6ne ? 這些電子重新進(jìn)入半導(dǎo)體導(dǎo)帶中，使材料的電導(dǎo)增加，實(shí)現(xiàn)對氣體的檢測。由此可見，氣敏元件要達(dá)到檢測目標(biāo)氣體的目的，則目標(biāo)氣體必須與SnO2 上吸附的負(fù)氧離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這是氣敏材料工作的基本原理。 圖為防止酒后開車控制器原理圖。圖中 QM–J1為酒敏元件。若司機(jī)沒喝酒，在駕駛室內(nèi)合上開關(guān) S，此時(shí)氣敏器件的阻值很高， Ua為高電平，U1低電平， U3高電平，繼電器 K2線圈失電，其常閉觸點(diǎn) K22閉合，發(fā)光二極管 VD1通，發(fā)綠光，能點(diǎn)火啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。 若司機(jī)酗酒，氣敏器件的阻值急劇下降，使 Ua為低電平，U1高電平， U3低電平，繼電器 K2線圈通電， K22常開觸頭閉合，發(fā)光二極管 VD2通，發(fā)紅光，以示警告，同時(shí)常閉觸點(diǎn) K21斷開，無法啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。 若司機(jī)拔出氣敏器件，繼電器 K1線圈失電，其常開觸點(diǎn)K11斷開，仍然無法啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。常閉觸點(diǎn) K12的作用是長期加熱氣敏器件，保證此控制器處于準(zhǔn)備工作的狀態(tài)。 5G1555為集成定時(shí)器。 MFe2O4半導(dǎo)體材料的氣敏機(jī)理 ? nMFe2O4半導(dǎo)體材料的氣敏機(jī)理 ? p MFe2O4半導(dǎo)體材料的氣敏機(jī)理 nMFe2O4半導(dǎo)體材料的氣敏機(jī)理 ? 由于氧具有較大的電負(fù)性以及納米顆粒比表面積大，表面缺陷多，鍵不飽和等活性，使表面容易吸附氧，并從表面和表層俘獲電子形成 和 ，導(dǎo)致表面形成缺電子層，接觸粒界勢壘增高，表層電子減少，電導(dǎo)率降低，從而表面電阻升高。 ?2 )(adso? )(adso吸附氧與表層 MFe2O4的作用 ? 考慮合成 MFe2O4時(shí)由于 MO短缺和 Fe203可以看成是 Fe2+Fe3+O4，則所得非化學(xué)計(jì)量比化合物為 Ml－ xFe2+Fe3+O4－ X。一部分 O2－ , O－ 將與金屬離子結(jié)合形成晶格氧，氧缺位會(huì)得到補(bǔ)充，但會(huì)使 Fe2+發(fā)生部分氧化生成 Fe3＋ ，即 : ? 由于氧的離解作用， ? 使晶體結(jié)構(gòu)中電價(jià) ? 配置和缺陷發(fā)生變化， ? 導(dǎo)電的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) ? 某一部分被切斷，從而使材料的電阻顯著升高。 ? 當(dāng) nMFe2O4接觸還原性氣體時(shí)，表面的 O2, O與還原性氣體發(fā)生氧化還原反應(yīng)，同時(shí)將氧俘獲的電子歸還給 nMFe2O4，表層缺電子層得到電子補(bǔ)充，接觸粒界勢壘降低，電導(dǎo)率增加，元件的表面電阻值下降。 ? 還原性氣體與 nMFe2O4表層接觸所引起的變化 :還原性氣體使 Fe3+還原成 Fe2+，即 : ? Fe2+增加， Fe3+引起缺陷得到修復(fù)，被氧離解切斷的導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)又得到重建，接觸粒界勢壘降低，電導(dǎo)率增加，元件的電阻值顯著下降。 ? 撤出還原性氣體，材料回復(fù)到原始狀態(tài)。 nMFe2O4氣敏機(jī)理模型 pMFe2O4氣敏機(jī)理 ? 由于氧具有較大的電負(fù)性以及納米顆粒比表面積大，表面缺陷多，鍵不飽和等活性，使表面容易吸附氧，并從表面和表層俘獲電子形成 和 ，導(dǎo)致表面形成缺電子層，表層空穴濃度進(jìn)一步增加，對 p型半導(dǎo)體而言，空穴濃度增加，意味著電導(dǎo)率增高，從而表面電阻降低。 ?2 )(adso?2 )(adso? 吸附氧與 pMFe2O4接觸 :對 p型氧化物半導(dǎo)體而言，如果是氧過剩型，沒有氧缺位需要補(bǔ)充，因此氧不可能使金屬離子氧化形成晶格氧。 ? 當(dāng) pMFe2O4接觸還原性氣體時(shí)，表面的 O2, O與還原性氣體發(fā)生氧化還原作用，同時(shí)將氧俘獲電子歸還給 pMFe2O4,e與表面空穴復(fù)合，使表層空穴濃度下降，導(dǎo)電率下降，元件表面電阻升高。 ? 4 、 pMFe2O4接觸還原性氣體時(shí)，表面Fe3＋ 將被還原成 Fe2+，由于還原性氣體的離解作用，使晶體結(jié)構(gòu)中的電價(jià)配置和缺陷發(fā)生變化，導(dǎo)電的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)某一部分被切斷，從而使材料電阻顯著升高。 ? 撤出還原性氣體，材料回復(fù)到原始狀態(tài)。 pMFe2O4氣敏機(jī)理模型
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