基于三维介孔结构氧化钨的气敏传感器性能研究-微电子与固体电子学专业论文.docx
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摘 要
在现代社会工业的持续快速发展过程中,大量消耗的石化燃料产生了大量的 二氧化氮有害气体,高性能的新型气敏传感器研究对实现快速、实时、准确的气 体监测有重要意义。本论文以实现 NO2 气体的高灵敏度低温探测为目的,研究 了高活性表面的三维介孔氧化钨基气敏材料的制备,评价和分析了相应敏感元件 的敏感性能。
以两种不同介孔结构的氧化硅(SBA-15 和 KIT-6)为模板,硅钨酸为钨源, 采用硬模板结构复制法制备了两种不同微观形貌的三维立体介孔结构氧化钨气 敏材料 WO3-SBA-15 和 WO3-KIT-6。其中,WO3-SBA-15 是平行的纳米线束结构, 线间以随机分布的短的桥连相接;而 WO3-KIT-6 具有比较复杂的三维立体网格 结构,孔道为纵横交错的连通孔,其比表面积高达 135.2m2/g。
介孔 WO3-SBA-15 基的气敏传感器的最佳工作温度为 125oC,而介孔
WO3-KIT-6 表现出极佳的近室温工作能力,其最佳工作温度为 50oC。在各自最 佳工作温度下,两种介孔结构气敏元件均可对 ppb 级的稀薄 NO2 气体产生明显 的敏感响应。基于介孔结构氧化钨的气敏元件对 ppb 到亚 ppmNO2 的响应时间为 2-3 min,但其恢复特性相对较差。NO2 和 NH3、C2H5OH 的对比测试实验显示两 种介孔结构基气敏元件均具有极好的 NO2 气体选择性。
介孔氧化钨材料因其较小的介孔孔尺寸而不适合利用溅射法进行掺杂改性。 合适的掺杂改性工艺和适当的掺杂金属种类是影响介孔结构氧化钨气敏性能的 重要因素。结构复制过程中的热处理时间对介孔结构形成的完整性存在重要影 响,热处理时间不足会造成结构形貌的不完整,进而影响介孔结构材料的气敏性 能。
关键词: NO2 WO3 介孔 气敏传感器 比表面积
ABSTRACT
In the process of the sustained society industry rapid development, a large amount of harmful gas NO2 was produced because of taking too much fossil fuel. Research to monitor harmful gases in the environment fast, in time and accuracy is very important. This paper was aimed to realize high sensitivity at low temperature, studied the preparation of 3D mesoporous WO3 gas sensing material with highly active surface, evaluated and analyzed the sensitive property of the corresponding sensing elements.
In this paper two types of typical mesoporous structure SiO2 SBA-15 and KIT-6 were synthesized firstly, we duplicated two kinds of 3D structure WO3 gas sensitive materials in a two-step impregnation process when mesoporous SiO2 (SBA-15 and KIT-6) acted as hard template, silicotungstic acid as tungsten source precursor.
WO3-SBA-15
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