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1、P t T i O ：气敏传感器的可靠性崔堕量”，冼爱平1 ，尚建库1 4( 1 沈阳市文化路7 2 号，中国科学院金属研究所，沈阳材料科学国家( 联 合) 实验室，1 1 0 0 1 6 )2 U n i v e r s i t yo fI l l i n o i sa tU r b a n a - C h a m p a i g n ，1 3 0 4W G r e e nS t U r b a n a ，I L 6 1 8 0 1采用溶胶一凝胶法制备锐钛矿T i O z ，烧结构造出P t T i O z ，通过在施主气体( 1 0 0 0 p p mc o ) 和受主气体( 1 0 0
2、0 p p mO ：) 不同温度下的敏感性研究，发现P t T i 0 2 在同一温度下对施主和受主气体均有较好的敏感性，通过不同周期下各种气体循环后发现P t T i O 。材料的可靠性产生明显差异。最后从研究材料性能的变化直观地给出了P t T i O ：气敏材料在单一气体中的高可靠性。 1 引言及实验概述随着现代科学技术的发展，人们使用和接触的气体越来越多，其中某些易燃、易爆、有毒气体，既危及人身和财产安全，又严藿污染环境。这些都促进了气敏传感器向更高的方向发展，要求其具有较长的使用寿命和高的可靠性，可以适应在各种苛刻环境下的使用。关于T i O 。气敏元件的很多研究中都集中在传感器的制
3、造工艺，形成条件以及最佳掺杂条件及比例对其性能的影响，对于T i 0 2 气敏材料在各种气体循环下可靠性的研究不多。在研究中我们主要以锐钛矿型T i O 。为基体，加入少量P t 烧结制备了纳米P t T 1 0 2气敏陶瓷，通过不同气体测试它们的敏感度差异，在实验中进一步研究P t T i O 。在受主气体和施主气体中不同机理。最后通过扫描电镜观察材料性能的变化直观地给出了P t T i 0 2 气敏材料的可靠性。P t T i O z 通过导电银胶与两根中1 0 0uI n 钼丝接触将信号送出测试腔外。实验中用H E V L E T T P A C K A R D4 3 3 8 B 型和P
4、 h i l i p s 蹦2 5 2 8 两种万用表可以根据实际电阻的范围进行选择。温度通过温控仪和测试腔的热电偶显示读数两组控制，3 。气体进入测试腔的流速可以通过计算机进行控制。进行升温之前。机械泵预抽，通入高纯N z ( 9 9 9 9 9 ) 数分钟后开始升温。实验中所用气体为1 0 0 0 p p m0 2 N 2 。1 0 0 0 p p mC O N ：，1 0 0 0 p p mH 。A r 。2 施主气体和受主气体的对于材料的影响为了研究对比P t T i 0 2 在受主气体和施主气体中的不同可靠性，首先我们通过实验给出了图1 ，在相同浓度1 0 0 0 p p m O z
5、 N 2 和1 0 0 0 p p mC O I N , 下，根据各个温度的变化，得到了大体一致的变化趋势，但通过实验发现在各温度下，P t T i O ：在0 ：中的敏感性一般都要高于在c O 中的。这从每个温度的不同区域直线的斜率很容易看出 1 。通讯联系人：崔晓云E - m a i hx i a o y u n c u i o i m “ a c c n2 7 4 1 矿一一81 旷若乒差1 rl o ：二= = =1 矿 C O N 2 釉图1 各种温度下电阻变化P t T i O t v s 不同气体的相互美系3 施主气体和受主气体循环对材料可靠性的影响图2 是在不同条件下气体循环后
6、的P t T i O 。S E M 图图2 中，( a ) 是P t T i 0 2 在氢气单一气体中多次持续循环：( b ) 是P t T i O 。在氢气单气体中多次间隔时效循环：( c ) 是P t T i O ：在多种混合气体中( C O C O 。) 循环；( d ) 是P t T i 0 2在氢气中的高温循环；从其中也可以确定P t T i O , 在单一气体中结构可以保持较好的稳定性 2 ，在混合气体r 扣结构易发生变化，这主要是由于它在各种气体中不同的敏感性导致循环后表面状态产生差异 2 ，高温下容易发生晶粒的长大，这些都对气敏性是不利的，因此P t T i O z 气敏性在单
7、一气体中可以有较好的可靠性。2 7 54 气敏结果的讨论：T i O ：系陶瓷的气敏性，主要是因为氧化性气体或还原性气体都可以在T i O 。材料的表面形成化学吸附，发生化学吸附时，伴随有电子( e ) 的转移【3 ，而在T i 0 ：材料内部存在有大量的氧空位，当气体吸附到表面后会通过扩散进入这些空位， 1 进而引起材料本身电阻率的变化。通常类似于氧、二氧化碳等氧化性气体又被称为受主气体，氧化学吸附过程伴随有从半导体T i 0 2 - 表面接受电子e 成为o _ ( “) 、o 乙) 、o 函) ，这些离子扩散进入T i O z 的空位中，随着反应的深入，表面接受更多的电子e 使得电阻率增加
8、，当T i O 。体缺陷与环境浓度达到某一平衡时，电阻率维持稳定。氢、一氧化碳等还原性气体被称为施主气体随着还原性气体浓度的增加，更多的e 。被电离释放，导致电阻率的下降，当气体浓度达到一定值时系统稳定。由于对氧化性气体或还原性气体的敏感性有差异，一般说来说P t T i 0 ：在单一气体中气敏元件的可靠性是比较好的，由于对气体的选择性不佳，所以在混合气体中的循环寿命可靠性一般。5 结论采用溶胶一凝胶法制备的锐钛矿T i O z 颗粒均匀，烧结制得的P t T i O ：对施主气体和受主气体都有良好的气敏性，在单一气体环境中有很好的可靠性，这在应用中是选择各种特定气敏元件的一个重要指标。参考文
9、献：I Y L X u ，K Y a o ，X H Z h o ua n dQ x C a o ，S e n s o Ma n d A c t u a t o r s B ，1 9 9 3 ，1 3 - 1 4 ：4 9 22 L o r aD B i r k e f e l d ，A b d u l M A z a d ，S h e i k hA A k b a r , J A m C e r a m S o c ，1 9 9 2 7 5 ( 1 1 ) ：2 9 6 43 U K i r n e r , K D S c h i e r b a u m ，W ：G 却e l ，e ta l ，S e Ha n d A c t u a t o r s 且，1 9 9 0 ：1 0 32 7 6
