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金属氧化物平板气体传感器的制造工艺研究

作　者: 李灿
导　师: 谢长生；胡木林
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料学
关键词: 金属氧化物气体传感器丝网印刷工艺滴注叉指电极选择性敏感性多孔骨架
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

金属氧化物气体传感器以其响应恢复速度快、灵敏度高、成本低等特点在气体传感器的应用中占有举足轻重的地位。但是其选择性较差的问题对气体传感器的实用化造成限制。制作气体传感器阵列是解决这种困境的一种有效手段。而制作传感器阵列对于敏感膜的一致性、电极的性能以及工艺的要求都比较高,特别是目前常用的丝网印刷工艺仍存在很多问题急需解决。本文采用250,350和400目尼龙网布制作网版研究网布目数对印刷传感器电极、加热器和气敏膜的图案形状及阻值一致性的影响,优选尼龙网布网版最合适的目数。研究表明,350目网布制作的网版不论是在印刷图案的精确性上还是在印刷电阻的阻值一致性上都具有最好的性能。而采用同为400目的尼龙网布和不锈钢网布制作网版发现,不锈钢网版印刷产品在图案的精确性和电阻的一致性上明显优于尼龙网布。本文对叉指电极的结构进行了优化。首先,改变叉指电极的长度L,建立起了气敏膜电阻大小与叉指电极长度之间的关系式。然后,用这些气敏膜测试300ppm酒精气体,研究叉指电极的长度对气体传感器的敏感度的影响。最后,采用ANSYS模拟传感器气敏膜在测试中电场的分布,研究电极形状的不同对于电极尖端放电程度的影响。并以此解释了电极长度会对气敏膜敏感度造成影响的原因。为简化传感器阵列的制造工艺并挑选选择性最好的传感器阵列,本文独创了滴注式掺杂工艺。通过印刷纯ZnO厚膜烘干得到多孔骨架,然后配置0.01mol/L的AlCl₃, TiCl₄, PdCl₂, WCl₆, CuCl₂, SnCl₄溶液滴注到疏松多孔的ZnO骨架上,烧结得到测试用气敏膜的方法制作传感器阵列。扫描电镜照片显示滴注AlCl₃, PdCl₂, CuCl₂,SnCl₄溶液后在气敏膜表面形成新的纳米结构。通过对白酒挥发的混合气体的测试,采用计算敏感度的欧几里得距离（SED）的方法得到滴注0.2μLAlCl₃、0.1μL CuCl₂、0.3μLAlCl₃和0.2μL WCl₆溶液的四阵列,具有最佳的选择性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-23
  1.1 气体传感器结构的发展  9-17
  1.2 金属氧化物平板气体传感器制造工艺的现状  17-21
  1.3 金属氧化物平板气体传感器阵列的制作工艺  21-23
2 丝网印刷工艺研究  23-32
  2.1 丝网印刷效果对传感器性能的影响  23-24
  2.2 实验方案  24
  2.3 结果与分析  24-30
  2.4 本章小结  30-32
3 金属氧化物气体传感器电极结构优化  32-48
  3.1 引言  32-33
  3.2 实验方案  33-35
  3.3 结果与分析  35-46
  3.4 本章小结  46-48
4 微滴注掺杂工艺制作4 阵列传感器及其对白酒选择性的评价  48-59
  4.1 引言  48
  4.2 微滴注掺杂工艺  48-50
  4.3 结果与分析  50-58
  4.4 本章小结  58-59
5 结论与展望  59-61
  5.1 结论  59-60
  5.2 展望  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-67
附录攻读硕士学位期间发表论文  67

金属氧化物平板气体传感器的制造工艺研究

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