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基于三维介孔结构氧化钨的气敏传感器性能研究

作　者: 王飞
导　师: 秦玉香
学　校: 天津大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: NO2WO3孔 气敏传感器 比表面积
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在现代社会工业的持续快速发展过程中，大量消耗的石化燃料产生了大量的二氧化氮有害气体，高性能的新型气敏传感器研究对实现快速、实时、准确的气体监测有重要意义。本论文以实现NO2气体的高灵敏度低温探测为目的，研究了高活性表面的三维介孔氧化钨基气敏材料的制备，评价和分析了相应敏感元件的敏感性能。以两种不同介孔结构的氧化硅（SBA-15和KIT-6）为模板，硅钨酸为钨源，采用硬模板结构复制法制备了两种不同微观形貌的三维立体介孔结构氧化钨气敏材料WO3-SBA-15和WO3-KIT-6。其中，WO3-SBA-15是平行的纳米线束结构，线间以随机分布的短的桥连相接；而WO3-KIT-6具有比较复杂的三维立体网格结构，孔道为纵横交错的连通孔，其比表面积高达135.2m2/g。介孔WO3-SBA-15基的气敏传感器的最佳工作温度为125oC，而介孔WO3-KIT-6表现出极佳的近室温工作能力，其最佳工作温度为50oC。在各自最佳工作温度下，两种介孔结构气敏元件均可对ppb级的稀薄NO2气体产生明显的敏感响应。基于介孔结构氧化钨的气敏元件对ppb到亚ppmNO2的响应时间为2-3min，但其恢复特性相对较差。NO2和NH3、C2H5OH的对比测试实验显示两种介孔结构基气敏元件均具有极好的NO2气体选择性。介孔氧化钨材料因其较小的介孔孔尺寸而不适合利用溅射法进行掺杂改性。合适的掺杂改性工艺和适当的掺杂金属种类是影响介孔结构氧化钨气敏性能的重要因素。结构复制过程中的热处理时间对介孔结构形成的完整性存在重要影响，热处理时间不足会造成结构形貌的不完整，进而影响介孔结构材料的气敏性能。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-15
  1.1 气敏传感器介绍及现状分析  8-9
  1.2 金属氧化物半导体气敏传感器的机理分析  9-11
  1.3 介孔材料  11-13
    1.3.1 介孔材料概述  11
    1.3.2 介孔材料合成  11-13
  1.4 本文选题依据及主要工作内容  13-15
第二章 氧化钨气敏传感器  15-19
  2.1 关于氧化钨的概述  15-17
    2.1.1 氧化钨晶体结构  15-16
    2.1.2 氧化钨的半导体特性  16-17
  2.2 氧化钨基气敏传感器研究现状和问题分析  17
  2.3 介孔结构的氧化钨气敏传感器  17-19
第三章 实验准备及分析手段  19-28
  3.1 工艺选择  19
  3.2 材料试剂仪器  19-20
  3.3 分析表征手段  20-22
    3.3.1 X 射线衍射分析  21
    3.3.2 高分辨率透射电镜（HRTEM）  21-22
    3.3.3 BET 比表面积测试  22
  3.4 气敏元件准备  22-25
    3.4.1 基片的准备  22-23
    3.4.2 叉指铂电极制备  23-24
    3.4.3 介孔氧化钨浆料制备与涂覆  24-25
    3.4.4 氧化钨湿薄膜热处理  25
  3.5 气敏性能测试  25-28
第四章 介孔结构 WO_3-SBA-15 基气敏元件制备与性能研究  28-41
  4.1 介孔结构 WO_3-SBA-15 的制备  28-30
    4.1.1 介孔氧化硅 SBA-15 模板制备  28
    4.1.2 介孔结构 WO_3-SBA-15 制备  28-30
  4.2 微结构表征分析  30-36
    4.2.1 介孔结构氧化硅 SBA-15 硬模板的微结构表征  30-32
    4.2.2 介孔结构 WO_3-SBA-15 的微结构表征  32-36
  4.3 介孔 WO_3-SBA-15 基敏感元件的气敏性能测试  36-40
    4.3.1 介孔 WO_3-SBA-15 基气敏元件的工作温度分析  36-37
    4.3.2 介孔 WO_3-SBA-15 基气敏元件的动态响应特性  37-39
    4.3.3 WO_3-SBA-15 基气敏元件的气体选择性  39-40
  4.4 本章小结  40-41
第五章 介孔结构 WO_3-KIT-6 基气敏元件制备与性能研究  41-58
  5.1 介孔结构 WO_3-KIT-6 的制备  41-42
    5.1.1 介孔结构氧化硅 KIT-6 硬模板的制备  41
    5.1.2 介孔结构 WO_3-KIT-6 的制备  41-42
  5.2 微结构表征与分析  42-46
    5.2.1 介孔氧化硅 KIT-6 模板的微结构表征  42-44
    5.2.2 介孔结构 WO_3-KIT-6 的表征分析  44-46
  5.3 WO_3-KIT-6 基气敏元件的气敏性能评价  46-52
    5.3.1 WO_3-KIT-6 基气敏元件的工作温度分析  46-47
    5.3.2 WO_3-KIT-6 基气敏元件的动态响应性能  47-50
    5.3.3 WO_3-KIT-6 基气敏元件的稳定性分析  50
    5.3.4 介孔 WO_3-KIT-6 基气敏元件的掺杂改性  50-52
  5.4 不同煅烧条件对介孔 WO_3-KIT-6 气敏材料的影响  52-56
  5.5 介孔 WO_3-SBA-15 与介孔 WO_3-KIT-6 对比分析  56-57
  5.6 本章小结  57-58
第六章 总结与展望  58-60
  6.1 内容总结  58-59
  6.2 工作展望  59-60
参考文献  60-64
发表论文和参加科研情况说明  64-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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