基于纳米氧化钨的传感器对三乙胺和NO2气敏性能研究

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随着经济迅速发展,一些不良商贩为了自己的利益,常常出售过期的食品,海鲜或鱼腐烂时会产生三乙胺,通过检测海鲜中三乙胺的含量可以确定海鲜的新鲜程度;随着时代进步,化工业和制造业迅速发展,但环境污染也日益严重,工业废气和汽车尾气中含有大量的氮氧化物,氮氧化物是造成酸雨,光化学烟雾,土壤酸化、水体重金属污染等环境污染的主要原因。为了打击不良商家贩卖过期的海鲜,以及实现工业废气和汽车尾气中NO2的检测和治理,需要一种能够实时监测三乙胺和NO2的装置。而气体传感器因其结构简单、制作成本低、灵敏度高等特点在气体检测中发挥着重要作用。气体传感器是一种能将气体浓度转化为电信号的装置,根据响应机理和输出信号种类可以将气体传感器分为电流型传感器、混合电动势型传感器、半导体型传感器,其中半导体型传感器的工作温度较低,而混合电动势型传感器中,固体电解质作为离子迁移的载体,需要在较高的温度下才具有较高的离子电导率,对测试温度要求苛刻,因此在本论文中将制备半导体型传感器用于检测市场环境中的低浓度三乙胺气体,制备混合电动势型传感器用于检测汽车尾气中较高浓度的NO2,具体内容如下:(1)以偏钨酸铵为钨源通过水热法制备了WO3纳米花,组装半导体型传感器用于在低温下检测低浓度三乙胺气体,并探究不同的水热温度对传感器性的能影响,结果表明,水热温度为170℃时制备的传感器的性能最好,对10 ppm三乙胺的响应值最大,为31.5,响应时间/恢复时间最快,分别为14 s/73 s,此外检测限较低,对0.5 ppm三乙胺的响应达到3.05。(2)采用钨酸钠为钨源通过水热法制备了WO3纳米板,组装半导体型传感器用于在低温下检测低浓度三乙胺气体,并探究不同的结构导向剂对传感器的性能影响,结果表明,基于柠檬酸为导向剂的传感器性能强于基于草酸的传感器性能,基于柠檬酸的传感器最佳工作温度为255℃时,该的传感器对10 ppm三乙胺的响应为56.57,在0.5-25ppm三乙胺的测试浓度范围内的灵敏度为34.53,响应时间和恢复时间分别为9 s/69 s。此外,还探究了不同结构导向剂对传感器的响应原理。最后对半导体型三乙胺传感器的响应机理进行了探究。(3)以Bi2W2O9为前驱体,采用直接沉淀-剥离法制备WO3纳米片,并分别以Bi2W2O9和WO3纳米片为敏感材料,以YSZ为固体电解质,组装混合电动势型传感器在中高温下用于检测较高浓度的NO2。结果表明经酸处理-剥离法制备的WO3保留原来的层状结构,且被分离成单独存在的片状结构,其气敏性能增强,在最佳工作温度450℃下,对30-500 ppm NO2的灵敏度为64.18 m V/decade,响应恢复时间为14 s/22 s。最后对该混合电动势型传感器的响应机理进行探究。
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