基于核壳NiO@ZnO一维纳米管的气体传感器的研究

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社会经济迅猛发展,随之而来的还有大气污染问题,因此对有毒有害气体的检测,已经成为很迫切的问题,这也是近些年我国气体传感领域迅猛发展的主要原因。其中H2S气体对人体的生命健康安全有着严重的威胁,因此能够准确有效的检测其浓度有着重要的意义。在详细了解了半导体气体传感器工作原理的基础上,本文从敏感材料的构思以及后续处理电路设计两方面着手,以期能够得到好的气敏传感特性。首先,材料方面,本文用简单高效的同轴静电纺丝方法制备出具有核壳结构的NiO@ZnO一维纳米管,由于一维材料具有大的比表面积以及优良的电学性质,因此为良好的气敏特性提供了很大的可能。然后对材料进行基本的结构表征,并将敏感材料制作成气敏元件。测试表明,该气敏元件与纯的ZnO,NiO纳米管以及完全混合的ZnO-NiO纳米管相比,对于H2S气体有着更高的灵敏度,更快的响应恢复时间,和很好的抗干扰能力。其次,对于后续电路的设计,本设计选择惠斯通电桥的方法来精确检测微小电信号的变化量,并且通过仪表放大器INA128对微弱信号进行放大。仪表放大器INA128具有提高共模抑制比和输入阻抗,同时又降低噪声、线性误差、失调电压和输入偏置电流等众多优点。采用AVR系列单片机Atmega16做为主控芯片,达到高可靠性、高速度、多功能、低功耗、低价位、高性价比的目的。该传感器系统可以实现对H2S气体的检测,测量范围可以从0.001%(10ppm)到0.02%(200ppm);分辨率可以达到0.001%(10ppm);响应时间在5秒以内;并且兼具报警功能,报警范围是0.001%到99.9%,自己可调整设定的。
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