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汽车用SrTiO_3厚膜氧传感器研究

作 者: 李恒喜
导 师: 曹全喜
学 校: 西安电子科技大学
专 业: 材料学
关键词: 氧气传感器 SrTiO3 n型掺杂 表面催化
分类号: TP212
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 135次
引 用: 1次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 前言  7-8
  1.2 车用氧传感器的工作原理  8-11
  1.3 国内外的研究现状及趋势  11-13
第二章 各类氧气传感器简介  13-25
  2.1 ZrO_2 氧气传感器  13-18
    2.1.1 浓差电池型氧传感器  13-16
    2.1.2 宽带型氧传感器  16-18
  2.2 半导体电阻型氧传感器  18-25
    2.2.1 二氧化钛氧传感器  20-23
    2.2.2 钙钛矿系氧化物氧传感器  23-25
第三章 SrTiO_3氧气传感器的性能指标及其影响因素  25-37
  3.1 SrTiO_3 氧敏材料的灵敏度  25-32
    3.1.1 纯净SrTiO_3 的灵敏度特性  25-28
    3.1.2 掺杂对于SrTiO_3 灵敏度的影响  28-32
  3.2 响应速率特性  32-34
    3.2.1 决定SrTiO_3 氧敏材料响应特性的因素  32-33
    3.2.2 改善SrTiO_3 氧敏材料响应速率的措施  33-34
  3.3 阻值—温度系数特性  34-37
第四章 SrTiO_3氧敏元件的制备与表征  37-51
  4.1 SrTiO_3 氧敏材料的制备  37-43
    4.1.1 固相合成法  37-38
    4.1.2 溶胶—凝胶法(Sol--Gel 法)  38-40
    4.1.3 配方的确定  40-43
  4.2 SrTiO_3 氧敏元件的制作  43-45
  4.3 SrTiO_3 氧敏元件的表征  45-51
    4.3.1 XRD 的物相分析  46-47
    4.3.2 SEM 的微观分析  47-51
第五章 样品的测试及数据分析  51-61
  5.1 样品的测试系统  51-52
  5.2 样品的测试数据及分析  52-58
    5.2.1 n 型掺杂的可能性验证及n 型配方选择  52-54
    5.2.2 贵金属 Pd 表面修饰对提高响应速率的作用  54-56
    5.2.3 n 型掺杂与 p 型掺杂样品性能的比较  56-57
    5.2.4 溶胶—凝胶法制备厚膜氧传感器的可行性  57-58
  5.3 氧化铝基片对样品性能及测试结果的影响  58-61
    5.3.1 氧化铝基片的成分分析  58-59
    5.3.2 高温下氧化铝基片阻值的测试  59-61
结论  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
作者在读期间的研究成果  66-67

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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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