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1、电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 第七章 新型气体传感器及阵列 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 7.1 概 述 7.2 新型气体传感器 目 录 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 7.1 概 述 7.1.1 气体传感器及气体检测方法 7.1.2 气体传感器的分类 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 7.1.1 气体传感器及气体检测方法 A. 概 念 B.气体传感器必须满足的条件 C. 当前使用的主要
2、气体检测方法 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 A. 气体传感器定义 气体传感器是指能将被测气体浓 度转换为与其成一定关系的电量 输出的装置或器件。 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 B. 气体传感器必须满足下列条件 (1) 能够检测爆炸气体的允许浓度、有害气体的允许浓度 相 其它基准设定浓度并能及时结出报警、显示和控 制信号； (2) 对被测气体以外的共存气体或物质不敏感； (3) 性能长期稳定性好； (4) 响应迅速、重复性好； (5) 维护方便、价格便宜，等。 电子科技大学电子科技大学 敏
3、感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 C. 各种检测方法的选择问题 l一般情况下，要检测的气体种类是已知的，因 此，检测方法的选择范围自然就缩小了。 l另外，传感器使用场所以现场和密闭环境为主 ，只是在选择标准方面有些不同。 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 7.1.2 气体传感器的分类 l 气体传感器从结构上区别可分为两大类： （1）干式气体传感器 （2）湿式气体传感器 l凡构成气体传感器的材料为固体者均称为干式 气体传感器； l凡利用水溶液或电解液感知待测气体的称为湿 式气体传感器。 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传
4、感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 气敏元件 干 式 湿 式 接触燃烧式 半 导导 体 式 半导导体陶瓷型 厚膜型 薄膜和微粒子型 固体电介质式（ ZrO2） 红外线吸收式 导热率变化式（热线，热敏电阻） 以固定电位电解式为代表 （极谱式，原电池式） 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 7.2 新型气体传感器 7.2.1 聚苯胺复合薄膜气体传感器的制备 及特性研究 7.2.2 有机薄膜晶体管气体传感器的制备 及特性研究 7.2.3 质量敏感型有毒有害气体传感器及 阵列研究 7.2.4 MEMS气体传感器 电子科技大学电子科技大学 敏感材
5、料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 7.2.1 聚苯胺复合薄膜气体传感器的 制备及特性研究 谢光忠谢光忠 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 主要内容 第一章 相关背景简介及课题研究内容 第二章 器件结构选择及气敏测试系统组 建 第三章 PANI及PANI/TiO2敏感薄膜的制 备、 表征及气敏特性的研究 第四章 PANI/SnO2和PANI/SnO2-TTAB薄 膜的制备、表征及气敏特性的研 究 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 1.1 1.1 课题的来源及意义课题的来源及意义
6、p 课题的来源 本课题来源于国家杰出青年科学基金 传感技术及其系统(60425101)项目。 p 课题的意义 进行环境监测 保证人们的健康和生活 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 高分子电阻式气体传感器 浓差电池式气体传感器 声表面波式气体传感器 石英谐振子式气体传感器 1.2 1.2 气体传感器的研究现状气体传感器的研究现状 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 1.3 1.3 本课题的研究内容本课题的研究内容 薄膜表征 器件制备 气敏特性测试 NH3气敏特性 CO气敏特性 SEM分析 紫外可见光
7、谱 红外光谱 PANI/SnO2PANI/TiO2 质子酸掺杂剂 表面活性剂 不同聚合温度 理论研究 查阅文献 材料选择 器件设计 结果分析 实验内容 PANI及PANI/TiO2 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 主要内容 第一章 相关背景简介及论文主要工作 第二章 器件结构选择及气敏测试系统组 建 第三章 PANI及PANI/TiO2敏感薄膜的制 备、表征及气敏特性的研究 第四章 PANI/SnO2和PANI/SnO2-TTAB薄 膜的制备、表征及气敏特性的研 究 第五章 实验结论与工作展望 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材
8、料与传感器 课程组课程组 制作制作 气体传感器的信号检出元件有两大类： (1)电学器件 v 平面叉指电极(IDE) v 场效应管(MOSFET) (2)声学器件 v 声表面波器件(SAW) 2.1 2.1 器件结构设计器件结构设计 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 2.1 2.1 器件结构设计器件结构设计 平面叉指电极结构 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 2.2 2.2 气敏测试系统的组建气敏测试系统的组建 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 2
9、.3 2.3 气体传感器的主要特性参数气体传感器的主要特性参数 (1)器件电阻R0和RS (2)相对灵敏度S (3)响应时间T1及恢复时间T2 (4)重复性及稳定性 (5)选择性 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 主要内容 第一章 相关背景简介及论文主要工作 第二章 器件结构选择及气敏测试系统组 建 第三章 PANI及PANI/TiO2敏感薄膜的制 备、表征及气敏特性的研究 第四章 PANI/SnO2和PANI/SnO2-TTAB薄 膜的制备、表征及气敏特性的研 究 第五章 实验结论与工作展望 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料
10、与传感器 课程组课程组 制作制作 (1)基片预处理 (2) 薄膜的制备 3.1 PANI/TiO2和PANI敏感薄膜的制备 PSS溶液 1%的PDDA水溶液 平面叉指电极 PANI/TiO2敏感薄膜 苯胺单体TiO2溶胶HCl溶液 PANI/TiO2水溶液 过滤 PANI/TiO2滤液 将处理好的基片浸入 混 合 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 3.2 PANI/TiO2和PANI敏感薄膜的表征 PANI/TiO2和PANI敏感薄膜的SEM分析 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 3.2 PAN
11、I/TiO2和PANI敏感薄膜的表征 PANI/TiO2复合薄膜和PANI薄膜紫外可见光谱分析 掺杂态聚苯胺一般有 三个特征峰 - *跃迁 极子带 - *跃迁 - 极子带跃迁 薄膜 波长(nm) 123 PANI362 402859 PANI/TiO2363425875 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 3.2 PANI/TiO2和PANI敏感薄膜的表征 PANI/TiO2复合薄膜和PANI薄膜红外光谱 分析 PANI/TiO2复合薄膜 PANI薄膜 与纯PANI相比，PANI/TiO2纳米复合材料的红外光谱略向低波数移动 电子科技大学电子科技
12、大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 3.3 PANI/TiO2和PANI敏感薄膜气敏特性研究 PANI/TiO2复合薄膜和PANI薄膜传感器对 NH3响应恢复特性 PANI/TiO2复合薄膜传感器 PANI薄膜传感器 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 3.3 PANI/TiO2和PANI敏感薄膜气敏特性研究 PANI/TiO2复合薄膜和PANI薄膜传感器对不同浓度NH3的 灵敏度比较 PANI/TiO2复合薄膜和PANI薄膜传感器对不同浓度NH3气 体的响应时间（T1）及恢复时间（T2） NH3浓度 (ppm) T1
13、 /s T2 /s PANI/TiO2PANIPANI/TiO2PANI 23691117 4725611 702648 942748 1173548 1411439 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 PANI/TiO2复合薄膜和PANI薄膜传感器对 NH3重复性 3.3 PANI/TiO2和PANI敏感薄膜气敏特性研究 PANI/TiO2复合薄膜传感器 PANI薄膜传感器 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 PANI/TiO2复合薄膜传感器对不同浓度CO的响应 恢复特性(a) PANI/TiO2
14、复合薄膜和PANI薄膜传感器对不同浓 度CO的灵敏度比较(b) 3.3 PANI/TiO2和PANI敏感薄膜气敏特性研究 (a)(b) 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 PANI/TiO2复合薄膜传感器对23ppmCO重复性(a) PANI/TiO2复合薄膜传感器对NH3和CO的灵敏度 比较，如图(b) 3.3 PANI/TiO2和PANI敏感薄膜气敏特性研究 (a) (b) 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 PANI/TiO2复合薄膜温度特性 60下，PANI/TiO2复合薄膜对不同浓度NH3
15、气体的响应恢复 特性 (a) 室温下和60下，PANI/TiO2复合薄膜对不同浓度NH3气体的灵 敏度比较 (b) 3.3 PANI/TiO2和PANI敏感薄膜气敏特性研究 (a)(b) 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 (2) PANI/TiO2复合薄膜湿度特性 室温下PANI/TiO2复合薄膜气体传感器的湿度特 性 3.3 PANI/TiO2和PANI敏感薄膜气敏特性研究 灵敏度随着湿度的增加而减小 电子科技大学电子科技大学 敏感材料与传感器敏感材料与传感器 课程组课程组 制作制作 3.4 HCl和PTSA掺杂PANI/TiO2复合薄膜表征 HCl和PTSA掺杂PANI/TiO2复合
