基于沸石薄膜的qcm湿度传感器感湿特性分析

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1、硕士学位论文基于沸石薄膜的QCM湿度传感器感湿特性研究THERESEARCHOFQCMHUMIDITYSENSORSBASEDONZEOLITEFILMS李东娟哈尔滨工业大学2013年12月万方数据国内图书分类号：TM23学校代码：10213国际图书分类号：546.1密级：公开工学硕士学位论文基于沸石薄膜的QCM湿度传感器感湿特性研究硕士研究生：李东娟导师：邓先宇副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2013年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIn

2、dex:TM23U.D.C:546.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHERESEARCHOFQCMHUMIDITYSENSORSBASEDONZEOLITEFILMSCandidate：LidongjuanSupervisor：AssociateProf.DengXianyuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcesingEngineeringAffilia

3、tion：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据摘要摘要空气中的水汽是引起贮存的商品变质、影响仪器运行稳定性以及加速材料腐蚀、水解和老化的问题的元凶之一。湿度传感器能感受气体中水汽含量，并转换成可检测的输出信号，对控制湿度具有重要意义。石英晶振微天平(QuartzCrystalMicrobalance，QCM）以其精度高、制备工艺简

4、单，且成本低廉的优点受到了人们广泛的关注。另外，A型沸石对空气中的水汽变化，尤其在低湿度环境下十分敏感，本课题结合了QCM对微质量变化敏感和A型沸石对湿度敏感的特性，针对基于沸石薄膜的QCM湿度传感器的制备工艺和感湿性质展开研究工作。湿敏材料NaA是采用低温水热法制备的。探究了原材料中硅源的选择和硅铝比对反应产物的影响，同时也研究了晶化条件中晶化温度和晶化时间的影响，配合XRD、SEM、EDS、红外分析、粒度分析、吸附/脱附曲线分析等手段，对产物的物相、形貌、红外吸收峰、颗粒尺寸等分类比较。最终确定了最佳工艺条

5、件为：硅源为硅溶胶；Al2O3:SiO2=1:2；晶化反应温度是60℃；晶化反应时长24h。得到的NaA型沸石的颗粒平均尺寸为700nm左右，颗粒均匀；其XRD图谱和红外吸收图谱均与标准特征图谱吻合良好，而N2吸附/脱附曲线表明了沸石孔径为微孔级。制备得到的沸石粉末采用物理旋涂的方式在QCM晶片上成膜，膜厚约为2μm，并连接到测量电路上，进行不同条件下的湿度参数测试。从灵敏度、重复性、稳定性和湿滞回线几个方面来分析基于沸石薄膜的感湿特性，评价了基于NaA沸石的QCM湿度传感器的工业应用潜力；并分析了温度对湿度测

6、试的影响，验证了在实际测量中温度补偿的重要性。同时，考虑到KA沸石具有较小的孔径，约3Å，几乎只能吸附水，故对NaA沸石进行钾替换，从感湿特征曲线和重复性上分析了基于KA沸石的湿度传感器的感湿特性，并与NaA的湿度传感器进行对比得出结论：KA的灵敏度且线性度较好，但是KA相对于NaA沸石有较大的湿滞性，不利于实际应用。关键词：湿度传感器；A型沸石；QCM；水热法合成-I-万方数据AbstractAbstractMoistureintheaircausesthestoragequalitydeterioratio

7、n,whichaffecttheoperationstabilityoftheinstrumentandmoistureisalsooneofthemaincausesofmaterialcorrosion,hydrolysisandaging.Humiditysensorusedtotestthewatervaporcontentinthegas,translatesitintooutputsignals,andithasgreatsignificancetocontrolthehumidity.Quartz

8、Crystalmicrobalance(QCM)receivedwideattentionforitshighsensitivity,simplestructure,andlowprice.Inaddition,A-typezeoliteissensitivetothechangesofwatervaporintheair,especiallyinlowhumidityenvironm