【摘 要】
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目前环境中大气污染导致的各种问题越来越严重,亟待我们解决。气体传感器可以检测气体的种类和浓度。在诸多气体传感器中,声表面波（SAW）式气体传感器具有分辨率高、测量再现性能好和抗干扰能力强的优点,符合系统数字化和集成化的发展方向。氧化钨（WO3）胶体量子点是一种低维纳米材料,它具有可以和多种衬底兼容、可溶液处理以及比表面积大的优点,可用于室温环境下的检测。本文的主要工作为WO3胶体量子点气敏薄膜的制
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目前环境中大气污染导致的各种问题越来越严重,亟待我们解决。气体传感器可以检测气体的种类和浓度。在诸多气体传感器中,声表面波（SAW）式气体传感器具有分辨率高、测量再现性能好和抗干扰能力强的优点,符合系统数字化和集成化的发展方向。氧化钨（WO3）胶体量子点是一种低维纳米材料,它具有可以和多种衬底兼容、可溶液处理以及比表面积大的优点,可用于室温环境下的检测。本文的主要工作为WO3胶体量子点气敏薄膜的制备以及WO3胶体量子点声表面波气体传感器的设计与性能研究。本文首先通过COMSOL软件进行了建模仿真,设计与优化了SAW器件的结构。通过调控参数,结合仿真结果,采用光源光刻的方法制备了SAW器件裸片。采用溶剂热法,合成了WO3胶体量子点,并通过调控颗粒尺寸和优化成膜工艺,制备了在室温条件下对H2S气体响应的SAW式传感器。最后,本文通过薄膜级的配体置换,使用Cu Cl2溶液,去除了WO3胶体量子点表面包覆的有机长链,从而获得了基于WO3胶体量子点敏感薄膜的SAW气体传感器。本文测试了SAW气体传感器室温条件下对H2S的气敏性能。测试结果表明,该传感器对10 ppm硫化氢的频率变化为4000 Hz,响应时间为255 s,恢复时间为337 s,并且在室温下测试极限为1 ppm。通过设计对照实验和仿真结果可得本传感器响应机理为声电效应,即H2S的吸附导致氧化钨薄膜电导率发生改变,从薄膜电抗变化反映为网络分析仪测试谐振频率的变化。本研究工作为实现低功耗无线无源的SAW式气体传感器的设计提供了理论上的基础以及相应的实验手段。
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