掺杂对金属氧化物气敏传感器气敏性能的影响

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金属氧化物气敏传感器作为一种典型的半导体气敏传感器,因其具有高敏感、快速响应、成本低和检测方便等优点,在目前气敏传感器的研究和应用中占据主导地位。但是,随着社会的发展,人们对气体检测的要求越来越高。为了进一步提高气敏传感器的气敏性能,掺杂是一种非常重要和有效的手段。因此,研究掺杂对金属氧化物气敏传感器气敏性能的影响就显得十分有必要了。本文先利用丝网印刷技术制备出WO3气敏膜,再利用微滴注的方法在WO3气敏膜中掺入Pd。通过控制PdCl2溶液的浓度来实现对气敏膜中的掺Pd量进行精确调控。研究表明,与未经过微滴注掺Pd处理的气敏膜相比,经过微滴注掺Pd处理的气敏膜对甲苯具有更高敏感性,更好的选择性和更低的工作温度。其中,掺Pd量为10-9mol的气敏膜(滴注体积为0.1μL,浓度为0.1mol/L的PdCl2溶液)对甲苯的气敏性能最好。另外,在敏感性方面,气敏膜中的最佳掺Pd量随着气体种类改变而变化。采用不同的掺杂工艺制备出Pd-WO3气敏材料。通过测试其对ppb级NO2的气敏性能发现:与WO3气敏传感器相比,Pd的掺入不但显著提高了对NO2的敏感性,还大大加快了气敏响应速率。共溶液和浸泡这两种掺杂工艺相比较,采用第一种掺杂工艺制备出的Pd-WO3(Ⅰ)气敏传感器具有更高和更快的气敏响应。在工作温度为100℃情况下,Pd-WO3(Ⅰ)气敏传感器对50ppb和500ppb的NO2的气敏响应值分别达到了7.17和198.82。总之,利用丝网印刷技术制备出Pd-WO3(Ⅰ)气敏传感器非常适合在低温下对低浓度的NO2进行检测。通过在ZnO粉体中掺入SiO2纳米颗粒制备出气敏材料,并制备成气敏传感器,测试其对甲醇和乙醇的气敏性能。结果表明,SiO2纳米颗粒的掺入,显著抑制了ZnO晶粒的长大。当工作温度为200-350℃之间时,SiO2纳米颗粒的掺入导致敏感度降低;当工作温度为400-450℃时,SiO2纳米颗粒的掺入反而显著地提高了气敏传感器的敏感度。还有,SiO2的掺入使气敏传感器的响应时间显著延长了。
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