【摘 要】
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二氧化氮是一种有毒、有刺激性气味的红棕色危化品气体,易溶于水和易化学反应形成硝酸盐,所以是大气污染物和造成酸雨主要成因之一。NO2污染主要来源于城市汽车尾气、锅炉燃煤以及部分化工工业生产等。同时,作为大气污染监测中最重要的指标之一,NO2对人体健康具有巨大的危害,易造成呼系统疾病。随着人类城镇化进程的加快和环境健康意识的提高,研究空气环境中NO2等有毒有害气体低成本、便携化和实时精准传感器检测技术
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二氧化氮是一种有毒、有刺激性气味的红棕色危化品气体,易溶于水和易化学反应形成硝酸盐,所以是大气污染物和造成酸雨主要成因之一。NO2污染主要来源于城市汽车尾气、锅炉燃煤以及部分化工工业生产等。同时,作为大气污染监测中最重要的指标之一,NO2对人体健康具有巨大的危害,易造成呼系统疾病。随着人类城镇化进程的加快和环境健康意识的提高,研究空气环境中NO2等有毒有害气体低成本、便携化和实时精准传感器检测技术具有重要意义。本文在传统微热板半导体气体传感器的研究基础上,结合新型二维气敏材料以及陶瓷微热板传感器结构,设计微型化、便携式、低温高性能的NO2气体微热板传感器。首先,采用水热法制备二维半导体气敏材料MoS2,并对其进行表征分析和改性研究;采用MEMS技术设计并制造基于Al2O3陶瓷微热板传感器的异面叉指电极,并使用ANSYS软件对微热板热结构进行有限元热力学仿真分析,利用红外成像测温技术对微热板进行热性能测试分析,验证传感器芯片结构设计的合理性。其次,使用丝网印刷技术将气敏材料浆料印刷在所制备的气体传感器叉指电极上,制备成MoS2气敏传感器。最后在不同NO2气体浓度、不同加热功耗下对传感器气敏性能进行测试分析,通过气敏性能确定最佳工作温度、浓度检测范围、灵敏度、稳定性、响应速率及选择性等相关气敏性能指标。为便于系统检测和应用,搭建了NO2气体测试系统平台,同时利用STM32F1单片机作为主控芯片设计了传感器检测系统,使用KEIL编写检测系统的软件驱动程序,使用VS code和Labview软件编写检测系统上位机软件,实现对传感器数据的实时检测、显示、存储、调用等功能。本论文设计的NO2气体传感器及其检测系统所具有的低成本、便携式、低温检测等优点,适合环境污染大范围广泛应用特点,在NO2污染气体检测方面有着巨大的发展潜力和应用场景。
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