低阻低温的ZrO2基底TMA传感器的研究和制作

论文摘要

三甲胺（TMA）气体是主要的城市下水管道恶臭物质之一，目前对三甲胺气敏材料的研究主要集中在鱼鲜度的测定。本文通过合成超细颗粒ZrO2并通过掺杂，试图研制一低温低阻，在低浓度下响应三甲胺的气敏传感器，用于检测城市下水管道内三甲胺浓度。本研究内容由以下三部分组成。选取操作简单，环境友好的新型低温固相强碱法合成了ZrO2超细颗粒，平均产率87.7％，根据XRD图谱计算，700℃热处理后颗粒粒径为18nm，存在单斜和立方两种晶型，各相比例分别为60％和40％。TEM图谱表明ZrO2颗粒一次粒径为30nm左右，分散较好，无明显团聚。通过微电泳仪测试此法合成的ZrO2等电点为2.75。采用了均相沉淀法合成了SnO2超细颗粒，反应平均产率是87.6％，根据XRD图谱计算，400℃热处理后颗粒粒径为9nm，属于四方晶系。SEM图谱表明一次颗粒粒径15nm左右，分散较好，无明显团聚。通过微电泳仪测试此法合成的SnO2等电点为3.08。采用静态配气法，取一定体积的三甲胺水溶液，乙醇，甲醛溶液稀释到装有清洁空气的玻璃瓶中，配制各浓度的气体。以ZrO2为基底，使用V2O5降低基底材料电阻，使用SnO2和Nb2O5提高基底材料灵敏度，制备了ZrO2—V2O5、ZrO2—V2O5—SnO2、ZrO2—V2O5—Nb2O5三种掺杂系列的气敏传感器。在气敏测试中传感器加热功率625mW，表面温度100℃。将三种传感器在低浓度（低于100ppm）的三甲胺气体中进行气敏测试，研究了掺杂物比例和气敏材料的电阻关系，掺杂比例、灵敏度、气体浓度间关系，掺杂比例和响应时间的关系，气敏材料空气中加热稳定性以及对100ppm浓度的乙醇、甲醛气体的选择性。实验表明ZrO2—V2O5—Nb2O5（12：1：0.5和12：1：1）气敏传感器对三甲胺的灵敏度高于其他两系；灵敏度随三甲胺气体浓度增大而变大；在气敏选择性，该系传感器对低浓度的乙醇、甲醛几乎无响应；在空气中加热50s内阻值达到稳定状态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 三甲胺及其传感器研究综述
• 1.1.1 三甲胺性质
• 1.1.2 环境中三甲胺的测定方法
• 1.1.3 TMA气敏传感器国内外研究概述
• 1.2 半导体金属氧化物气敏传感器综述
• 1.2.1 半导体概述
• 1.2.2 半导体金属氧化物气敏材料概述
• 1.3 超细颗粒简介
• 1.4 半导体敏感材料
• 2性质介绍'>1.4.1 ZrO₂性质介绍
• 2半导体敏感材料研究现状'>1.4.2 ZrO₂半导体敏感材料研究现状
• 1.5 本课题的研究目的和意义
• 1.5.1 课题背景
• 1.5.2 研究目标和内容
• 1.5.3 实验方案
• 1.5.4 论文的创新点
• 1.6 参考文献
• 2及其他金属氧化物超细颗粒的制备'>第二章 ZrO₂及其他金属氧化物超细颗粒的制备
• 2.1 引言
• 2超细颗粒的制备技术综述'>2.2 ZrO₂超细颗粒的制备技术综述
• 2.2.1 中和沉淀法
• 2.2.2 水解沉淀法
• 2.2.3 醇盐水解沉淀法
• 2.2.4 水热合成法
• 2.2.5 化学气相沉淀法
• 2.2.6 溶胶—凝胶法
• 2.2.7 近代物理方法
• 2超细颗粒的制备'>2.3 ZrO₂超细颗粒的制备
• 2.3.1 仪器与试剂
• 2.3.2 实验方法
• 2.3.3 结果与讨论
• 2.3.4 小结
• 2超细颗粒概述'>2.4 SnO₂超细颗粒概述
• 2超细颗粒的制备'>2.5 SnO₂超细颗粒的制备
• 2.5.1 仪器与试剂
• 2.5.2 实验方法
• 2.5.3 结果与讨论
• 2.5.4 小结
• 2O₅和Nb₂O₅掺杂概述'>2.6 V₂O₅和Nb₂O₅掺杂概述
• 2O₅掺杂概述'>2.6.1 V₂O₅掺杂概述
• 2O₅掺杂概述'>2.6.2 Nb₂O₅掺杂概述
• 2.7 本章小结
• 2.8 参考文献
• 第三章 气敏元件与测试实验方法
• 3.1 旁热式烧结型气敏元件结构
• 3.1.1 气敏实验设备简述
• 3.1.2 气敏实验设备耗材
• 3.2 烧结型气敏元件制作
• 3.3 气敏性能测试
• 3.3.1 基本测试电路
• 3.3.2 三甲胺标准浓度气体的配制
• 3.3.3 其他标准浓度气体的配制
• 3.4 本章小结
• 第四章 三甲胺气敏测试与结果讨论
• 4.1 引言
• 2—V₂O₅系气敏测试与结果讨论'>4.2 ZrO₂—V₂O₅系气敏测试与结果讨论
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.2 结果与讨论
• 2—V₂O₅—SnO₂系气敏测试与结果讨论'>4.3 ZrO₂—V₂O₅—SnO₂系气敏测试与结果讨论
• 4.3.1 实验部分
• 4.3.2 结果与讨论
• 2—V₂O₅—Nb₂O₅系气敏测试与结果讨论'>4.4 ZrO₂—V₂O₅—Nb₂O₅系气敏测试与结果讨论
• 4.4.1 实验部分
• 4.4.2 结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 4.6 参考文献
• 第五章 全文总结与展望
• 致谢