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随着人们对生活质量水平要求的增高和国家经济的快速发展,污染气体检测的话题越来越热。不同类型气敏感传感器逐渐进入市场。截止到目前,主流的气敏传感器材料为多元金属氧化物半导体材料。这些氧化物半导体材料具有制备简单、成本低、功耗低的优点而受到了广泛的关注。伴随着工业的迅猛发展,在各种工业产品的制造中,各种有机溶剂被广泛使用,像乙醇、乙酰丙酮、甲醛等。有机溶剂具有易挥发的特点,当人们长期处于乙醇、乙酰丙酮、甲醛等气体环境中时,会出现各种不适。其中,酒敏检测器已经开始了商业应用。对于新型酒敏材料的研发引起了广大科研工作者的兴趣。在生活中,过量饮酒会损伤人们的胰岛功能,诱发各种慢性疾病。对于长期处于乙醇环境中的人们来说,是非常痛苦的。因此对于研发灵敏的酒敏测试仪器具有重要意义。乙酰丙酮是一种无色或淡黄色的透明液体,当其遇到光照的时候,会生成树脂并变成褐色。乙酰丙酮可以溶于我们生活中的各种有机溶剂,常见于各种涂料、润滑剂中,也可以作为汽油和润滑油的添加剂。正是由于乙酰丙酮存在于各种生活用品制作过程当中,各种工业制品上会有许多残留。因此,当人们长时间的接触或经皮肤吸收会损伤人们的神经系统和呼吸系统。为此,在本实验中主要研究了微型平面叉指电极气敏传感器对乙醇和乙酰丙酮的气敏特性,制备了不同的纳米复合材料。并探究了纳米复合材料对其他还原性气体,如丙酮,甲醛等气体的响应特性变化。在本论文中主要包括以下几个方面的工作:1.采用简单的溶胶-凝胶法制备了系列Fe掺杂In2O3纳米材料。制备了In:Fe=1:1、In:Fe=4:1、In:Fe=6:1、In:Fe=8:1的纳米颗粒,烧结温度均为600℃,时间为4h。当In:Fe=1:1、6:1、8:1时,器件在120℃加热条件下,对酒精的响应分别为:6.363、6.875、和6.895。通过测试材料的紫外可见光吸收谱可知,当In:Fe=4:1时,带隙为1.75eV。元件对乙醇和丙酮有很好的响应,对于这两种气体的最佳检测温度分别对应于120℃和140℃,当气体浓度为30ppm时,器件的灵敏度分别为7.24和11.45。研究了光功率为100mw的370nm紫外光和400nm和430nm的可见光照射气敏元件时,元件气敏性能的改变。对于摩尔比为In:Fe=4:1的纳米材料在370nm紫外光照射下,最佳响应温度从120℃降低为110℃,对30ppm乙醇响应大小从7.24增加到了9.5。当元件在420nm的光照射下,响应变为8.025。这是由于在光照射气敏元件的条件下,光可以及时清扫吸附在气敏元件材料表面的吸附氧。这个加速过程使得气敏材料最大限度地利用气敏元件的表面,降低表面的势垒高度,同时电子隧穿的概率增大,导致在光的照射下元件的响应出现变化。2.采用简单的溶胶-凝胶法制作了Zn掺杂的CeO2金属氧化物纳米材料,对比了不同退火温度400℃、600℃、800℃、1000℃条件下,材料的气敏性能,发现当退火温度为1000℃时,纳米复合材料的气敏性能最好。对30ppm的乙酰丙酮有很高的选择性和响应,响应为29.5。对其他气体,30ppm甲醛、30ppm丙酮、30ppm乙醇的响应分别为7.25、8.23和2.34。用紫外可见近红外分光光度计测量了材料的带隙,带隙大小为3.35eV,并用紫外光(波长370nm,功率为100mw)照射器件,发现元件对30ppm乙酰丙酮的响应增加到了41.3,响应时间由20s变成了16s,恢复时间由32s变成了28s。在紫外光照射下,测试了元件对30ppm丙酮、30ppm乙醇、30ppm甲醛的响应,响应大小对应为10.6、5.24、7.4。3.采用溶胶-凝胶法制备了不同比例Fe掺杂的In2O3/CeO2掺杂的纳米粉末颗粒,实验中制备了三种不同摩尔比的材料,对应摩尔比分别为In:Ce:Fe=0.25:0.75:1(S1)、In:Ce:Fe=0.5:0.5:1(S2)、In:Ce:Fe=0.75:0.25:1(S3),材料的退火温度是600℃,退火时间是4h。实验中测试了材料的XRD图谱和SEM形貌图。测试了材料S1、S2、S3的紫外可见红外光吸收谱,带隙大小分别为1.65eV,1.54eV,1.51eV。通过测量发现当摩尔比In:Ce:Fe=0.25:0.75:1时,材料对乙酰丙酮的响应最大,远高于其他摩尔比例的材料。对30ppm浓度的乙酰丙酮的响应是30.526,最佳响应温度100℃。对三种材料分别用370nm、400nm、和430nm的光进行照射,光功率均为100mw,对于摩尔比为In:Ce:Fe=0.25:0.75:1的材料,对30ppm气体乙酰丙酮的响应分别是52.025、47.258和36.013。对于摩尔比为In:Ce:Fe=0.5:0.5:1的材料,在无光条件下对应的气敏响应是23.487,在370nm、400nm和430nm的光照(功率100mw)下,对乙酰丙酮的响应分别是24.241、31.4和34.23。对于摩尔比为In:Ce:Fe=0.75:0.25:1的材料S3,在无光条件下对应的气敏响应是9.025,在370nm、400nm和430nm的光照(功率100mw)下,对还原性气体乙酰丙酮的响应分别是9.31、12.102和12.015