【摘 要】
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在我们日常生活与工作中,气体传感器起着至关重要的作用。气体传感器的典型应用包括检测有毒有害物质和易燃易爆炸性气体,广泛应用于公共和家庭安全、工业过程安全以及环境污染、空气质量监测。在种类纷繁的气体传感器中,电阻式气体传感器因其操作简单、易于制造、生产成本低和小型化而最具吸引力。In2O3作为新兴的金属氧化物半导体气敏材料,因其独特的电性能和功能材料性质被广泛应用于气体传感器相关领域。但是单一组分的
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在我们日常生活与工作中,气体传感器起着至关重要的作用。气体传感器的典型应用包括检测有毒有害物质和易燃易爆炸性气体,广泛应用于公共和家庭安全、工业过程安全以及环境污染、空气质量监测。在种类纷繁的气体传感器中,电阻式气体传感器因其操作简单、易于制造、生产成本低和小型化而最具吸引力。In2O3作为新兴的金属氧化物半导体气敏材料,因其独特的电性能和功能材料性质被广泛应用于气体传感器相关领域。但是单一组分的In2O3纳米材料仍然无法摆脱传统金属氧化物气敏材料对于气体的响应低、选择性差等缺点,因此本论文在研究了不同粒径大小In2O3纳米材料水热合成的三个反应条件对实验的影响后,进一步对其进行了贵金属的负载实验,研究金纳米颗粒的负载对纯In2O3的乙醇气敏性能的改善;其次还对纯In2O3与其他金属氧化物进行材料复合实验探究,研究异质结的形成对纳米复合材料气敏性的影响;最后以制备出的气敏元件为基础,研究设计了气体传感器的报警系统,实现气体传感器的实际应用。论文的具体研究工作如下:（1）以水热法为合成方法展开实验,主要研究了不同粒径的In2O3纳米颗粒材料对于乙醇的气敏性影响。合成实验过程中比较了合成溶液的PH值、水热温度、水热时间三种水热条件对于合成的In2O3纳米颗粒粒径尺寸的影响,优化了最终的纯In2O3纳米粒子材料的合成方法。（2）提出了一种水热法合成In2O3纳米颗粒和原位还原反应负载金纳米粒子的实验方案。与单一的纯In2O3材料相比,通过原位还原反应实现了In2O3表面金纳米颗粒的负载,纳米金修饰后的In2O3的表面孔隙率和比表面积增大,金颗粒的催化活性显著提高了复合材料表面氧空位含量,实现了其对乙醇气体的超高灵敏度检测。（3）实验过程中考虑到独特的六方形异质结构、大的比表面积和表面三维介孔结构的协同效应,通过水热法和后续的煅烧处理,成功合成了表面附着In2O3纳米球的Zn O六方形介孔纳米片的三维异质结构。基于Zn O@In2O3异质结纳米材料制备的传感器对乙醇的响应值为28.6,其工作温度也降低到了160°C,显著降低了传感器的功耗。此外,传感器30天内的长期稳定性测试和检测重复性也表现优异。（4）深入探讨三元复合材料内部的协同作用,将贵金属的催化作用、异质结的增强气敏性和In2O3材料本身的结构特征三者相互结合,采用水热法成功合成了Pt-Zn O-In2O3三元复合气敏材料。基于Pt-Zn O-In2O3制备的气体传感器在120°C下对于100 ppm乙醇气体的响应为78.2,响应时间和恢复时间分别为4 s和6 s,远高于In2O3（S=27.9）、Zn O（S=14.2）和Zn O-In2O3（S=30）。（5）为了满足气体传感器对于目标气体的实时监测和实际的使用功能,特别为气体传感器研究设计了报警系统,该报警系统能够实现气体传感器对目标气体的检测功能、应用环境中目标气体浓度超标时的报警功能以及实时的目标气体浓度的存储与液晶显示功能。设计了乙醇气体浓度测试对比实验来对比制备的气体传感器报警系统与市售的气体检测仪两者之间准确度的差异。
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