气敏材料的合成与.pptx

1;气敏材料研究背景;气体传感器主要应用领域;理想气体传感器的特点;目前存在的问题;半导体气体传感器分类;电化学气敏传感器一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体 直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。 半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点，应用极其广泛；半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻值随气体浓度的增大而增大。;半导体气体传感器分类;半??体气体传感器;SnO2, ZnO是电阻式金属氧化物半导体传感器气敏材料的典型代表，它们兼有吸附和催化双重效应，属于表面控制型，但该类半导体传感器的使用温度较高，大约200-5000C。为了进一步提高它们的灵敏度，降低工作温度，通常向基体材料中添加一些贵金属(如Ag, Au, Pt等)，激活剂及粘接剂Al2O3, SiO2, ZrO2等。 ;例如对于含量在1X10-5数量级的H2S气体，添加1 % ZrO2的SnO2气体传感器与未添加ZrO2的元件相比，灵敏度增加约50倍左右； 在SnO2中添加Pt能明显提高响应时间； 采用粉末溅射技术制备的表面层掺杂SnO2/SnO2 : Pt双层膜材料气体传感器用来检测CO的浓度，发现可降低工作温度，在室温~200℃内均显示出较高的灵敏度； 通过添加不同的添加剂还能改善气体传感器的选择性，在ZnO中添加Ag能提高对可燃性气体的灵敏度，加入V2O5能使其对氟里昂更加敏感，加入Ga2O3能提高对烷烃的灵敏度。 ;研究重点;（2）对现有气敏材料的改性研究 SnO2, ZnO,Fe2O3为基质的半导体气敏材料仍然是目前市场的主流，但这类材料的纳米化、薄膜化已渐成趋势；采用表面修饰技术和掺杂技术来改善同一基质材料对不同气体的选择性和敏感性。;（3）开发元件的高稳定化方法 电阻式半导体气体传感器的气敏元件一般暴露在大气中及加热元件的电压值决定了气敏元件的工作温度，如何消除湿度和温度等环境因素对测量的影响还未得到很好的解决。;（4）新型气敏材料的探索与开发 由于金属复合氧化物和混合金属氧化物新材料具有更高的稳定性和选择性，所以对这类新材料的开发和研制成为半导体气体传感器的开发热点。;（5）开发新型气体传感器 根据气体与气敏材料可能产生的不同效应设计出新型气体传感器是气体传感器未来发展的重要方向和后劲。近年来表面声波气体传感器、光学式气体传感器、石英谐振式气体传感器己有不少研究报导。目前仿生气体传感器也在研究中。警犬的鼻子就是一种灵敏度和选择性都非常好的理想气敏传感器，结合仿生学和传感器技术研究类似狗鼻子的“电子鼻”将是气体传感器发展的重要趋势和目标之一。;（6）气体传感器敏感机理的研究 新的气敏材料和新型传感器层出不穷，需要在理论上对它们的传感机理进行深入研究。传感机理一旦明确，设计者便可有据可依地针对传感器的不足之处加以改进，这必将推动气敏材料和气体传感器的进一步发展，也将大大促进气体传感器的产业化进程。 ;第17页/共86页;半导体气敏材料的制备技术;半导体气敏材料的制备技术;液相法－化学沉淀法;液相法－相转移法;液相法－乳液法;液相法－溶胶-凝胶法;液相法－水解法;液相法－喷雾分解和冷冻干燥;固相法－固相热分解法;固相法－固相合成法;固相法－沉淀转换法;固相法－室温固相反应法;气相法;尖晶石型气敏材料的制备;化学共沉淀法;反滴定法化学共沉淀流程图;结果;影响因素;低温固相反应法;将前驱体在空气管式炉中进行600℃热处理1h，得到的产物用去离子水洗涤，直至用FP640火焰光度计检测滤液中Na+的含量少于0.5wt%，后干燥。 将前驱体用去离子水洗涤，直至用FP640火焰光度计检测滤液中Na+的含量少于0.5%(质量分数)，然后干燥，在空气管式炉中进行600℃热处理1h 。 两种方法最终均可得到红褐色的NiFe2O4 纳米粉末。;先热处理后抽滤粉体的扫描电镜照片 ;先抽滤后热处理粉体的扫描电镜照片 ;影响因素;反应机理探讨;Fe2O3和NiO固相反应生成NiFe2O4，是没有中间产物的一种简单反应，高温下NiO和Fe2O3接触，首先在接触的界面上形成镍铁氧体，新相的生成的进程需依赖扩散输运物质来维持，所以新相的生成的速度受扩散反应控制。逐渐生成NiFe2O4产物层，把NiO和Fe2O3分隔开来，反应要继续进行就要依赖于通过产物层的扩散。假设产物层中没有裂隙，扩散必须通过NiFe2O4晶格进行，于是可以有各种模式。最简单的模式是认为氧离了的扩散系数比金属离子的扩散系数小得多，因而可以把氧离子看成不动，扩散的离子是Fe3+和Ni2+，它们通过产物层作相对扩散，反应是在产物层与反应物之间的界面上进行，在界面上反应如下:;结果是新相生成过程是O2-通过界