石墨烯及二氧化锡基气敏材料性能研究

西南科技大学硕士研究生毕业论文第VII页

1绪论 (1)

1.1气体传感器概述 (1)

1.2金属氧化物气敏材料研究进展 (3)

1.3石墨烯基气敏材料研究进展 (7)

1.4本文主要研究内容及创新性点 (17)

1.4.1本论文研究意义 (17)

1.4.2主要研究内容 (17)

1.4.3研究创新点 (18)

2SnO

/石墨烯复合气敏材料的制备与性能研究 (19)

2.1引言 (19)

2.2实验部分 (21)

2.2.1主要原料和仪器 (21)

2.2.2材料的制备 (22)

2.2.3气体传感器的制作及测试 (22)

2.3实验结果与讨论 (23)

2.3.1复合材料的性能表征 (23)

2.3.2复合材料对乙醇气体的气敏性能研究 (30)

2.3.3复合材料对二氧化氮的气敏性能研究 (33)

2.3.4复合材料对二氧化氮气体的传感机理 (35)

2.4本章小结 (36)

3WO

3/SnO

纳米复合物的制备及其气敏性能研究 (38)

3.1引言 (38)

3.2实验部分 (39)

3.2.1实验主要原料及主要仪器 (39)

3.2.2复合材料的制备 (40)

3.2.3气体传感器的制作及测试仪器 (41)

3.3实验结果与讨论 (41)

3.3.1复合材料的形貌结构表征 (41)

西南科技大学硕士研究生毕业论文第VIII页

3.3.2不同W含量的复合材料的气敏性能测试 (46)

3.3.3复合材料的气敏性能机理分析 (49)

3.4结论 (50)

结论 (51)

致谢 (52)

参考文献 (54)

攻读学位期间发表的论文及研究成果 (59)

西南科技大学硕士研究生毕业论文第1页

1绪论

1.1气体传感器概述

社会经济的发展及工业化进程，在为人类社会带来巨大社会财富的同时，也造成了严重的环境污染。人们在生活和工业生产过程中，向大气环境中排放了大量有毒、有害气体，如氮氧化物、硫化物、一氧化碳等。这些气体不仅对气候、环境产生较大影响，而且危害了人类的健康。因此，对环境中有毒、有害气体的快速、在线监测刻不容缓，这是了解环境问题，保护人类健康的重要途径。

气体传感器是众多传感器中的一个重要分支，是一种能够将环境中气体类型及其浓度信息转换成相应信号的传感器件。根据气体传感器的工作原理，可将其分为：半导体式、接触燃烧式、电化学式、固体电解质式、高分子式、以及其它类型。半导体气体传感器因为体积小、成本低廉、灵敏度高、稳定性好、寿命长和可大规模生产等优点而被广泛应用。半导体气体传感器按其工作原理又可以分为电阻型[1-4]和非电阻型[5-7]。其中电阻型可以分为表面控制型和体电阻控制型；非电阻型可以分为二极管型、MOS-FET型和电容型。其中，电阻型半导体气体传感器是研究最为深入、商业应用最为广泛的一种气体传感器。

电阻型半导体气体传感器的气敏响应过程可以看作是气体分子在气敏材料表面的气敏化学反应信号被转换成宏观电学信号的过程。如图1-1所示[8]：a）气敏材料表面包含有大量的化学吸附氧，这些化学吸附氧可以看作是气敏材料的气敏活性位点，也相当于目标气体分子的识别器；b）气敏材料组成的气敏膜可以看作是信号转换器，能够将气敏材料表面发生的气敏化学反应的化学信息转换为电阻信息；c）外部的测量电路将电阻的变化信息输出、显示出来。

因此，一个典型电阻型半导体气体传感器的工作原理是目标气体分子与气敏材料表面的气敏活性位点发生的电荷转移为基础的。电荷的转移会导致气敏材料间肖特基势垒的变化，最终通过气敏膜的电阻变化来反映。对于n型半导体，还原性气体会导致气敏膜电阻降低；对于p型半导体，还原性气体却会导致气敏膜电阻增加。