【摘 要】
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气体传感器作为一种重要的环境检测装置,广泛应用于工农业生产和日常生活的多个领域。但是气体传感器还存在许多缺陷与不足,比如较高的工作温度,缓慢的响应速度,较低的灵敏度,稳定性和耐候差等缺点。本研究通过在原有传统氧化物半导体材料中掺入铋或铁金属元素,并进行微结构、形貌、比表面积和成分调控,通过对掺杂元素比例优化,异质结构建等手段,显著改善了所制备复合功能材料的气敏性能;通过多种检测手段分析了其中的传感
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气体传感器作为一种重要的环境检测装置,广泛应用于工农业生产和日常生活的多个领域。但是气体传感器还存在许多缺陷与不足,比如较高的工作温度,缓慢的响应速度,较低的灵敏度,稳定性和耐候差等缺点。本研究通过在原有传统氧化物半导体材料中掺入铋或铁金属元素,并进行微结构、形貌、比表面积和成分调控,通过对掺杂元素比例优化,异质结构建等手段,显著改善了所制备复合功能材料的气敏性能;通过多种检测手段分析了其中的传感机理及气敏性质提高的主要原因;同时,本论文还设计了用于传感信号采集和处理的电子系统。本文的主要研究工作有以下3个方面:（1）合成了一种新型的花椰菜状的Bi2O3/ZnO纳米复合材料,具有优异的乙醇传感性能。包括较高的气体响应、175℃的低工作温度、1-500ppm的宽浓度检测范围、长期稳定性、卓越的选择性、迅速的响应/恢复时间,比纯氧化锌传感器或其它氧化铋与氧化锌纳米复合材料性能更好。良好的传感性能可归因于p-Bi2O3/n-ZnO的异质结构及其形成β-Bi2O3的四方相。这种低成本、高稳定性的Bi2O3/ZnO纳米复合材料将成为乙醇检测领域比较有发展前景的传感材料之一。（2）制备了具有层次结构的α-Fe2O3/SnO2纳米球阵列。与纯SnO2、Fe2O3（2%）/SnO2和Fe2O3（6%）/SnO2相比,Fe2O3（4%）/SnO2对丙酮的敏感性能更强。具体而言,Fe2O3（4%）/SnO2传感器具有良好的选择性、200℃的低工作温度和很宽的浓度检测范围（500 ppb～500 ppm）,响应/恢复时间分别为3秒和4秒,该装置可以在80%相对湿度下有效运行。本工作为研制小型化、低成本、高性能的丙酮气体传感器提供了一种新型的Fe2O3/SnO2纳米复合材料。（3）设计了可以用于传感信号采集的电子系统,一个是基于STM32的智能检测系统,另一个是用FPGA设计了PPM调制解调系统,用来完成传感信号的传输处理,提高了传感检测系统的便携性和灵活性。
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