基于多孔TiO2纳米材料甲醛气体传感器的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huanghuang051
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甲醛是一种主要的室内污染气体,主要来源于室内装潢材料,建筑材料以及纺织品。近年的研究表明,甲醛可诱发的癌症数量达到十余种。因此,对甲醛的检测越来越受到重视。其中半导体氧化物传感器由于工作原理简单、响应大、制作简易、成本低而广泛受研究人员关注。但是多数半导体氧化物传感器通常在200-400。C时才对ppm级的甲醛有明显的响应。最近,采用纳米颗粒或多孔纳米结构的敏感材料和紫外线照射激发传感器的活性以降低传感器的工作温度成为主要的研究方向。本文采用两步法制备了具有纳孔结构的Ti02。首先利用电化学氧化生成的有序Ti02纳米管阵列,然后将得到的Ti02纳米管阵列热处理并进行手工研磨,从而得到具有多孔结构的Ti02粉末,并对Ti02纳米材料进行XRD、SEM, TEM、BET和XPS表征。基于所得材料,制备了以A1203陶瓷为衬底的电阻型甲醛传感器。测试研究了其响应灵敏度,选择性,稳定性,响应恢复时间及传感器对甲醛的响应机理;探索了湿度和02对气敏响应的影响。通过对不同甲醛浓度下的阻抗谱分析,采用CPE和Warburg元件建立了传感器的一种等效电路模型,讨论了不同粒子在响应过程中所起的作用。分别采用直流和交流测试法,在室温下测量了传感器样品在10ppm-50ppm甲醛浓度范围内的响应信号。通过对比发现,交流阻抗响应信号比直流电阻信号要更加稳定。初步分析认为:相对于直流测试,在交流电压下,来自氧化物表面所附着的H2O离解的质子(H+)在电极和氧化界面引起的极化势垒得到了有效的抑制,从而提高了所测传感信号的稳定性。另外,基于ZigBee通信协议,利用所研制的甲醛气体传感器,开发了可以实时检测甲醛浓度的无线传感器节点,可靠通信距离为40-100m。从节点负责甲醛浓度及温湿度数据的采集和发送。主节点主要负责从节点工作状态的控制和数据的接收显示。接收到的数据既可以显示在主节点的LCD显示器上也可以通过USB总线发送给上位机进行系统分析。因此,所开发节点既可用于实验室的气敏测试,也可作为一种便携式的室内甲醛检测器。
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