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厚膜锂霞石湿度传感器制备和湿度敏感性能

作　者: 崔烨
导　师: 王黎东
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 锂霞石湿度传感器湿度敏感性
分类号: TP212.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着人们在生产生活中对环境湿度要求的提高,对环境湿度的监视和控制的要求进一步提高,湿度传感器越来越受到人们的关注。本文以锂霞石作为湿度敏感材料,利用锂霞石溶胶前驱体作为粘结剂,采取厚膜工艺制备了锂霞石湿度传感器,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等对制备样品的物相及微观组织结构进行了表征。利用交流阻抗分析仪对锂霞石元件进行了湿敏性能的研究。对锂霞石溶胶粘结剂进行了热处理,在热处理温度为650℃、750℃和850℃时可以生成锂霞石。对由锂霞石和锂霞石溶胶粘结剂混合的湿敏材料进行650℃、750℃、850℃和1100℃的热处理并对各温度制备的样品进行了微观结构表征和湿敏性能测试,结果表明湿敏元件中锂霞石颗粒随热处理温度的升高而变大,锂霞石颗粒形状由棱角结构向椭圆转变。与其他样品相比650℃的样品锂霞石颗粒小、孔隙度高、比表面积大、湿度敏感性高,因此该温度是最佳的热处理温度。而热处理时间对锂霞石湿敏元件的湿敏性能影响不大。对纯锂霞石粉体、纯锂霞石溶胶粘结剂和锂霞石溶胶固含量10%粉体占90%的样品的湿敏性能进行了微观结构观察和湿敏性能测试。纯锂霞石颗粒样品呈颗粒堆积状,热处理后有溶胶生成的锂霞石占10%粉体占90%的样品呈有许多小颗粒构成凹凸的三维网状结构,由纯溶胶烧结而成的样品呈交光滑的三维网状结构。湿敏性能测量结果表明纯锂霞石粉体制备的样品与溶胶固含量10%、锂霞石粉体含量90%的样品湿敏性能接近。但制备过程中发现纯锂霞石粉体样品附着性能较差,容易脱落。因此敏感材料的最佳配方是溶胶固含量10%,锂霞石粉体90%。对不同颗粒大小的锂霞石原料制成的样品进行了适度敏感性能测试,发现颗粒大小对灵敏度影响不大,而较大的颗粒可以缩短响应时间。采用薄层涂覆和厚层涂覆两种工艺制备样品,与厚层涂覆工艺制备的样品相比,薄层涂覆工艺制备的样品,灵敏性好,响应时间短,是较好的涂覆工艺。采用1000Hz、10v电压的交流电,在98%RH的高湿度环境下对样品进行老化。随着老化时间的增加,锂霞石湿度传感器的灵敏度增加,线性变好。因此,老化是提高锂霞石湿敏元件的必要步骤。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10
  1.2 湿度传感器的研究现状  10-12
    1.2.1 各类湿敏传感器  11
    1.2.2 国内外研究现状  11-12
    1.2.3 厚膜技术  12
  1.3 锂霞石用于湿度敏感传感器  12-14
    1.3.1 锂霞石的晶体结构  12-13
    1.3.2 锂霞石作为湿度敏感传感器的研究现状  13-14
  1.4 金属氧化物-陶瓷湿度传感器机理研究  14-15
    1.4.1 金属氧化物表面水分子吸附机理  14-15
    1.4.2 老化机理  15
  1.5 本课题主要研究的内容  15-17
第2章试验材料与方法  17-22
  2.1 实验药品  17
  2.2 试验方法  17-19
    2.2.1 激光粒度仪  17
    2.2.2 物相分析  17-18
    2.2.3 显微组织观察  18
    2.2.4 孔径率及比表面积分析  18
    2.2.5 交流阻抗分析  18-19
  2.3 湿度环境的建立  19-22
第3章锂霞石湿度元件的制备  22-32
  3.1 锂霞石湿度敏感粉体的制备  22-23
  3.2 锂霞石溶胶粘结剂的制备  23-27
  3.3 敏感材料的制备  27-29
  3.4 湿度敏感元件的制备  29-31
  3.5 本章小结  31-32
第4章锂霞石湿度敏感元件的测试与分析  32-54
  4.1 元件微观组织结构分析  32-35
  4.2 比表面积和孔隙度  35-36
  4.3 测试频率和电压的选择  36-39
  4.4 敏感性能分析  39-41
  4.5 热处理工艺对锂霞石湿敏元件的湿敏性能的影响  41-45
    4.5.1 不同热处理温度对湿度敏感性能的影响  41-44
    4.5.2 不同热处理时间对湿度敏感性能的影响  44-45
  4.6 锂霞石溶胶粘结剂含量与颗粒大小对湿度敏感性能的影响  45-49
    4.6.1 锂霞石溶胶粘结剂含量对湿度敏感性能的影响  45-47
    4.6.2 锂霞石颗粒对湿度敏感性能的影响  47-49
  4.7 涂覆厚度对湿度敏感性能的影响  49-51
  4.8 老化对湿度敏感性能的影响  51-52
  4.9 本章小结  52-54
结论  54-55
参考文献  55-60
致谢  60

厚膜锂霞石湿度传感器制备和湿度敏感性能

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