静电雾化工艺及氧化锌薄膜气敏特性的实验研究

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静电雾化是利用外加高压电场拉伸溶液,使其流变形成泰勒锥并在尖端产生射流;在内部电荷排斥力的作用下,带电射流在空间破碎成微小液滴。静电雾化以其操作简便、材料兼容性好、颗粒分散性好等优点,在微纳系统制造、传感检测、生物组织等多个领域表现出了巨大应用潜力。优化静电雾化参数,增加静电雾化颗粒的均匀性,实现微纳颗粒的沉积位置控制已经成为静电雾化技术应用的关键。  在线观测分析了静电雾化射流的不同射流模式,研究了锥射流喷射模式的控制条件;射流长度随着电压和供液速率的增大而增大,随着喷头内径的增大而减小;而雾化角随着施加电压和供液速率的增大而减小,随着喷头内径的增大而增大。研究了锥射流模式下沉积的液滴聚集的情况,并分析了溶剂挥发完全后固体颗粒直径大小的变化趋势,颗粒直径随施加电压的增大而减小,随溶液浓度、供液速率和极间距的增大而增大。  研究了高导电率二水合醋酸锌微米薄膜静电雾化快速喷印调控规律;通过采用微细玻璃针作为静电雾化喷头,缩小极间距,减小了临界施加电压值和射流表面电荷密度,有效地抑制了喷头处的溶液回流和射流不稳定,缩小了静电雾化制备薄膜的沉积范围;对比了不同内径的玻璃针喷印的雾化线宽并比较了径宽比,径宽比随着玻璃针的内径的增大而减小。利用玻璃针可进行小于100μm线宽薄膜的快速喷印,并且薄膜的线宽随着收集时间和收集板运动速度的增加而增大。  通过静电雾化喷印的二水合醋酸锌溶液作为前驱体,在500℃条件下烧结成氧化锌,在对电极和叉指电极上构建不同气敏元件,并测试了乙醇气体中的检测传感性能。气敏元件响应电阻比随着乙醇气体浓度的增大呈增大趋势;而响应时间随着乙醇气体浓度的增大而减小,恢复时间随着乙醇气体浓度的增大而增大。研究了元件的多次循环检测性能,显示出了很好的重复性和稳定性。150℃时静电雾化气敏元件具有最大响应电阻比,表现出最佳传感特性。薄膜收集时间的增大将提升元件响应电阻比。  通过本文的研究,明确了静电雾化锥射流的射流变化规律,实现了微米尺度功能性薄膜的喷印,有利于扩大静电雾化的应用范围。
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