汽车用SrTiO3厚膜氧传感器研究

论文摘要

本文在研究了n型和p型掺杂SrTiO3氧敏材料敏感及导电机理的基础上,着重对SrTiO3材料进行了La和Nb的n型掺杂研究,并通过正交实验得出了n型掺杂的最佳配方。以固相合成法制备了n型掺杂和多种元素复合的p型掺杂SrTiO3氧敏元件;并对部分样品进行了贵金属Pd的表面修饰,考察了贵金属催化对SrTiO3氧敏材料响应速率的影响;同时还对SrTiO3粉体的溶胶—凝胶法制备工艺进行了初步研究;对样品制备所用氧化铝陶瓷基片的选择也进行了一些研究;此外,还通过实验对固相合成法制备元件的工艺进行了摸索,提出了一些改进方案,并制备出了性能较好的厚膜元件。利用X光衍射（XRD）和扫描电子显微分析（SEM）等现代分析手段对所制备的样品进行了表征。XRD图谱显示,所制备的掺杂样品均形成了良好的钙钛矿结构;SEM图片显示,固相合成法所制备的样品表面呈多孔状,有利于气体分子的吸附,且材料的晶粒尺寸均匀,而溶胶—凝胶法制备的样品晶粒尺寸较大,且气孔少。测试结果表明,n型掺杂的SrTiO3氧敏材料在灵敏度方面比p型掺杂具有明显的优势;Pd作为表面催化剂,对样品的响应速率有了显著的改善;溶胶—凝胶法可以制备出粒度较小的SrTiO3粉料,但是还不能用于厚膜氧传感器的制备;氧化铝陶瓷基片的纯度对样品的性能也有较大的影响,应选择纯度较高的99氧化铝陶瓷基片;所制备样品在阻值—温度系数方面仍需进一步改进。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 车用氧传感器的工作原理
• 1.3 国内外的研究现状及趋势
• 第二章 各类氧气传感器简介
• 2 氧气传感器'>2.1 ZrO₂氧气传感器
• 2.1.1 浓差电池型氧传感器
• 2.1.2 宽带型氧传感器
• 2.2 半导体电阻型氧传感器
• 2.2.1 二氧化钛氧传感器
• 2.2.2 钙钛矿系氧化物氧传感器
• 3氧气传感器的性能指标及其影响因素'>第三章 SrTiO₃氧气传感器的性能指标及其影响因素
• 3 氧敏材料的灵敏度'>3.1 SrTiO₃氧敏材料的灵敏度
• 3 的灵敏度特性'>3.1.1 纯净SrTiO₃的灵敏度特性
• 3 灵敏度的影响'>3.1.2 掺杂对于SrTiO₃灵敏度的影响
• 3.2 响应速率特性
• 3 氧敏材料响应特性的因素'>3.2.1 决定SrTiO₃氧敏材料响应特性的因素
• 3 氧敏材料响应速率的措施'>3.2.2 改善SrTiO₃氧敏材料响应速率的措施
• 3.3 阻值—温度系数特性
• 3氧敏元件的制备与表征'>第四章 SrTiO₃氧敏元件的制备与表征
• 3 氧敏材料的制备'>4.1 SrTiO₃氧敏材料的制备
• 4.1.1 固相合成法
• 4.1.2 溶胶—凝胶法（Sol--Gel 法）
• 4.1.3 配方的确定
• 3 氧敏元件的制作'>4.2 SrTiO₃氧敏元件的制作
• 3 氧敏元件的表征'>4.3 SrTiO₃氧敏元件的表征
• 4.3.1 XRD 的物相分析
• 4.3.2 SEM 的微观分析
• 第五章 样品的测试及数据分析
• 5.1 样品的测试系统
• 5.2 样品的测试数据及分析
• 5.2.1 n 型掺杂的可能性验证及n 型配方选择
• 5.2.2 贵金属 Pd 表面修饰对提高响应速率的作用
• 5.2.3 n 型掺杂与 p 型掺杂样品性能的比较
• 5.2.4 溶胶—凝胶法制备厚膜氧传感器的可行性
• 5.3 氧化铝基片对样品性能及测试结果的影响
• 5.3.1 氧化铝基片的成分分析
• 5.3.2 高温下氧化铝基片阻值的测试
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果