【摘 要】
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硫化氢（H2S）是一种具有腐蚀性和易燃易爆性的剧毒气体,广泛存在于原油提炼、化石燃烧和污水处理等工业生产中,每年因H2S泄漏造成的经济损失和人员伤亡十分巨大,因此,研究高性能的H2S气体传感器具有十分重要的意义。氧化铁（α-Fe2O3）是一种无毒、稳定、廉价且含量丰富的金属氧化物半导体,作为H2S传感器的敏感材料已经被广泛研究。然而,目前的α-Fe2O3传感器仍存在灵敏度低、检测限高和选择性差等问
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硫化氢（H2S）是一种具有腐蚀性和易燃易爆性的剧毒气体,广泛存在于原油提炼、化石燃烧和污水处理等工业生产中,每年因H2S泄漏造成的经济损失和人员伤亡十分巨大,因此,研究高性能的H2S气体传感器具有十分重要的意义。氧化铁（α-Fe2O3）是一种无毒、稳定、廉价且含量丰富的金属氧化物半导体,作为H2S传感器的敏感材料已经被广泛研究。然而,目前的α-Fe2O3传感器仍存在灵敏度低、检测限高和选择性差等问题。此外,这些α-Fe2O3传感器往往采用刚性衬底,导致其成本高昂且不可弯曲,大大限制了它们在实际应用中的灵活性。针对α-Fe2O3传感器在性能和器件方面存在的不足,本文合成了一种新型的多孔海胆状α-Fe2O3微球,将其作为敏感材料分别制备了刚性和柔性传感器,研究了它们对H2S的气敏性能和气敏机理,具体的工作内容如下:（1）通过水热法合成了一种具有多孔海胆状形貌的α-Fe2O3微球,利用XRD、FE-SEM、TEM和XPS对它的晶体结构、形貌、化学元素和价态等进行了表征分析。通过第一性原理计算从原子尺度上分析了α-Fe2O3的微观结构,计算了它的能带结构、态密度和XRD等电学性质,与实验结果进行了对比。（2）以氧化铝陶瓷管为基底,以镍铬合金丝为加热器制备了基于多孔海胆状α-Fe2O3微球的刚性气体传感器,测试分析了它的各项气敏性能,讨论了它的气敏机理。传感器的最佳工作温度为160℃,对5 ppm H2S的响应达到17.2,理论检测限低至0.5 ppb,它还具有较快的响应/恢复时间（80/95秒,5 ppm）,良好的选择性、重复性和长期稳定性。（3）将聚酰亚胺（PI）薄膜作为衬底,利用激光直写技术在其正反两个面合成了激光诱导石墨烯（LIG）。将PI膜正面的LIG作为传感器电极,背面的LIG作为加热器,制备了基于多孔海胆状α-Fe2O3微球的柔性传感器。测试分析了LIG加热器的电热性能和柔性传感器的气敏性能。当外加6.3 V电压时,LIG加热器的表面温度达到传感器最佳工作温度160℃,且柔性传感器弯曲前后的气敏性能相差不大。柔性器件的制备不仅提高了传感器在实际应用中的灵活性和适用性,也为高温柔性传感器的设计提供了一种参考方案。
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