氣敏材料的合成與(參考版)
2024-08-25 11:10本頁面
【正文】 ? 撤出還原性氣體，材料回復(fù)到原始狀態(tài)。 ? 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。 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(duì) 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。 ? 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(shì)壘降低，電導(dǎo)率增加，元件的電阻值顯著下降。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。 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(shì)壘增高，表層電子減少，電導(dǎo)率降低，從而表面電阻升高。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)。 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)。圖中 QM–J1為酒敏元件。由此可見，氣敏元件要達(dá)到檢測(cè)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。 SnO2氣敏機(jī)理 ? S. Saukkoa對(duì) 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(duì)含量與工作溫度有關(guān)，且隨溫度的升高有如下趨勢(shì)： ? 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。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)。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。穩(wěn)定性表示氣體傳感器的固有電阻和靈敏度對(duì)環(huán)境條件的承受能力。通常， a值越大，說明傳感器選擇性越好。 ? 當(dāng)同濃度的幾種氣體共存時(shí)，傳感器對(duì)某種氣體具有較高的靈敏度，而對(duì)其余幾種氣體的靈敏度比較低，就說明這種傳感器對(duì)靈敏度高的氣體具有較好的選擇性。因此，由開始通電直到氣敏元件阻值達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間，稱為初期穩(wěn)定時(shí)間。也可采用脫離待測(cè)氣體開始到其阻值恢復(fù)到穩(wěn)定值的某一百分值的時(shí)間。通常把從傳感器接觸一定濃度的被測(cè)氣體開始到其阻值達(dá)到該濃度下穩(wěn)定值的時(shí)間，定義為響應(yīng)時(shí)間 采用接觸待測(cè)氣體開始到其阻值達(dá)到穩(wěn)定值的某一百分值的時(shí)間。 ? (3)靈敏度 β ? 就物理意義而言，氣體傳感器的靈敏度是指器件對(duì)被檢測(cè)氣體的敏感程度，通常用氣敏器件在潔凈空氣中的電阻與在一定濃度的檢測(cè)氣體中的電阻之比來表示靈敏度 β，即 ? β=Ro/Rg 不同氣體靈敏度與工作溫度的關(guān)系 ? (4)響應(yīng)時(shí)間 tres ? 響應(yīng)時(shí)間也是氣體傳感器的一個(gè)重要特性參數(shù)。 ? (2)工作電阻 Rg ? 工作電阻表示氣體傳感器在一定濃度的檢測(cè)氣體中的電阻值。但為方便起見，通常以清潔無污染的空氣代替。 氣體傳感器的主要性能指標(biāo) ? (1)固有電阻 R0 ? 固有電阻值是電阻式陶瓷氣體傳感器的一個(gè)基本參數(shù)，它指的是氣體傳感器在潔凈空氣中的電阻值。 ? （ 6）電源 :為滿足一定精度和一定帶負(fù)載能力要求的直流穩(wěn)壓電源，其中 VH為 0～ 10V可調(diào)， Vo為0～ 20V可調(diào)。 ? （ 4）氣體濃度監(jiān)測(cè) :在精確測(cè)定時(shí)，可采用紅外濃度計(jì)或光干涉式濃度計(jì)對(duì)測(cè)試箱內(nèi)的氣體取樣分析或監(jiān)測(cè)。若待測(cè)氣體的始態(tài)為液體 (如酒精、汽油等 )，可用注射器或微量進(jìn)樣器將所需要的待測(cè)物注入箱內(nèi)，箱內(nèi)設(shè)有蒸發(fā)裝置 (也可在箱內(nèi)裝一小型電風(fēng)扇代替 )，使之揮發(fā)并均勻地分布于箱內(nèi)?；?Vo?；騐o(元件在清凈空氣中額定負(fù)載電阻兩端的電壓 )可在清凈空氣中進(jìn)行。實(shí)際應(yīng)用中可將純氮和純氧按一定比例混合起來模擬清凈空氣。 ? （ 2）清凈空氣 :測(cè)試中使用的 “ 空氣 ” 要求是“ 清凈空氣 ” 。通常按一只元件大于 1升的體積設(shè)計(jì)。 厚膜型氣敏元件 ? 厚膜工藝制成的元件一
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