氧化铁挥发性气体传感器设计制备与性能研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lmy
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着人们物质生活的富足、社会的向前发展,人们开始越来越多的关注生活质量问题,开始关注我们赖以生存的生活环境。传感器作为人与自然交互的核心技术,它能够代替人类从环境中获取信息。近年来,大气污染问题日益严重,工厂排放的有害气体造成了酸雨、温室效应等环境问题很难不得到重视。气敏传感器作为一种能够检测有害气体又能实时监测的元件却严重依赖进口,核心技术没能完全攻克。本文聚焦生产生活中重要的农药中间体苯胺排放过量问题,从优化敏感材料入手,制备出独特片状形貌的氧化铁材料,进一步将所制备的材料与自行设计的传感芯片相结合,搭建测试系统进行了测试实验,最后探索了敏感材料在柔性传感器上的应用。本文的主要工作如下:(1)采用溶剂热以及后续的退火处理制备出具有p型导电性质的纯相纳米六边形氧化铁材料,通过一系列测试表明材料在退火过程中产生了大量氧缺陷,导致材料中Fe2+和Fe3+离子间电子快速交换引起材料的p型导电性质,通过透射电镜观察材料的微结构发现材料表面存在大量由于退火引入的孔,提高了材料的气敏性能。进一步,将氧化铁材料制成气敏元件并进行气敏测试,实验结果表明,自制氧化铁传感器对苯胺有良好的气敏性质,在最佳工作温度220o C时,对浓度100ppm苯胺的灵敏度达到了5.63,响应时间仅为4s,该材料还具有很好的选择性以及测试稳定性。(2)设计了一款适用于所制备氧化铁传感器的驱动控制器并搭建了苯胺测试环境舱。驱动控制器可使气敏材料工作在最佳温度,实时采集工作环境的温、湿度变化,实时监测环境舱中的苯胺浓度响应。使用最小二乘法和牛顿插值法对数据进行拟合,建立了苯胺浓度与响应值的数学模型。实验结果表明,氧化铁传感器可迅速的对不同浓度的苯胺产生响应,且响应趋势与实验室环境下灵敏度变化趋势相近,能够较为准确的测出苯胺浓度。(3)对比了不同柔性材料的性质,并对其制备工艺进行了选择。使用喷墨打印技术将制造技术与柔性材料制备相结合,这既省去了传统工艺复杂的操作步骤,又实现了图形化设计与柔性材料制备协同合作。随后对加热电极的结构进行改良并对其进行热仿真分析,并规划了打印工艺流程,制备出具有柔性特性的传感器基底。总的来说,基于喷墨打印技术制备柔性传感器能够大规模生产且价格低廉,为其大规模的使用创造了可能。
其他文献
学位
学位
学位
学位
学位
学位
学位
学位
学位
学位