sno_2基热线型气体传感器抗湿性能研究

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1、学校代码10459学号或申请号201322232783密级专业硕士学位论文SnO2基热线型气体传感器抗湿性能研究作者姓名：陈翔宇导师姓名：詹自力教授专业学位名称：化学工程培养院系：化工与能源学院完成时间：2016年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterTheresearchofhumiditytoleranceofhot-wiregassensorbasedonSnO2By:XiangyuChenSupervisor:Prof.ZiliZha

2、nChemicalEngineeringSchoolofChemicalEngineeringandEnergyMay,2016学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大

3、学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日摘要随着人们生活水平的提高，人们对传感器提出了响应更精准、性能更优良等更高的要求。由于气体传感器长期暴露在大气环境中，环境湿度的变

4、化对其产生较大影响，而如何提高气体传感器的抗湿度干扰能力一直以来是该研究领域的难题之一。本文利用热线型气体传感器的特殊结构，就如何提高SnO2基热线型气体传感器的响应值和抗湿度干扰能力开展研究。通过硝酸氧化法和共沉淀法制备了纯SnO2气敏材料及其它金属及非金属元素掺杂的SnO2基复合材料，采用FT-IR、XRD及SEM等方法表征了纯SnO2及其复合材料的结构和形貌。最后利用制得的复合材料对制备的SnO2基热线型气体传感器进行气敏性能和抗湿性能测试，并根据热线型气体传感器的结构和实验结果分析，讨论了传感器的气敏机理和抗湿机

5、理，研究内容如下：采用硝酸氧化法和化学共沉淀法制备了纯SnO2和Sb掺杂的SnO2（ATO）气敏材料，并对材料做了FT-IR、XRD及SEM等表征，对比分析可知，6%Sb的掺杂并没有使SnO2材料产生新的晶相，依然为球状的四方金红石结构。对制备的SnO2基热线型气体传感器的敏感元件材料优化结构表明，敏感元件材料选用6%ATO时传感器的响应值最高为435mV。当补偿元件材料分别选用Al2O3和SnO2时，传感器对1000ppmH2的响应值和抗湿性有较大区别。其中，补偿元件材料为SnO2时，由于敏感元件和补偿元件为同SnO2

6、基材料，传感器对H2的响应值由435mV降低到170mV；但正因为两种元件为同基体材料，相对湿度在20%-90%间变化时，传感器才表现出了良好的抗湿度干扰能力，湿度引起的响应值的相对偏差由±14.0%降低到±7.3%。为了改善由于补偿元件材料被SnO2替换后传感器响应值降低的情况，本文在分析热线型气体传感器的特殊结构以及气敏机理的基础上，在保证良好抗湿性的条件下，对补偿元件材料做了掺杂改性，以提高传感器的响应值。采用化学共沉淀法制备了Zn、Mg、Cu和Si的不同掺杂比例的SnO2基复合材料，并对复合材料做FT-IR、XR

7、D及SEM等表征。结果显示，与纯SnO2材料相比，5%Zn、2%Mg、0.8%Cu和0.7%Si掺杂的SnO2基复合材料并未产生新的晶相，均为四方金红石结构，其形貌均为球状。对制备的SnO2基热线型气体传感器进I行气敏性能和抗湿性能测试，结果显示，敏感元件材料固定6%ATO不变，补偿元件材料分别为不同的SnO2基复合材料时，传感器对1000ppmH2的响应值均有较大提高，其中补偿元件材料选用0.8%Cu掺杂SnO2基复合材料的传感器响应值达到479mV。而且相对湿度在20%-90%间变化时，相对于20℃和50%RH条件下

8、，传感器在空气中的零点漂移均小于±15mV，并且在H2中传感器响应值的变化也很小，说明传感器保持了良好的抗湿度干扰能力，其中补偿元件材料选用0.8%Cu掺杂SnO2基复合材料的传感器表现最优，湿度引起的响应值的相对偏差小于±4.3%。本文从热线型气体传感器的特殊结构出发，为解决气体传感器抗环境湿度干扰能力弱的问题提供