导读:本文包含了半导体气体传感器论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:传感器,气体,半导体,氧化物,故障,纺丝,金属。
半导体气体传感器论文文献综述
陈一[1]（2019）在《半导体气体传感器温度调制模式优化研究》一文中研究指出温度调制技术具有提高半导体气体传感器选择性和稳定性的特点,但目前温度调制模式繁多,面临着调制模式优化选择的问题。本文在气体检测中使用温度调制技术对其进行优化研究。搭建了温度调制实验测试系统,该系统包括配气模块、温度调制模块、采集模块。配气模块可设置被测气体的浓度及混合气体的浓度。温度调制模块可以实现0~5V加热电压可调,可输出正弦波、方波、叁角波和锯齿波四种加热波形,加热频率0~450KHz可调。采集模块通过数据采集卡采集传感器的电压响应值并通过显示屏实时显示。针对温度调制模式的测试和优化问题,选择了一种广谱的商用半导体气体传感器(TGS2611),以甲烷、一氧化碳、二氧化碳以及乙醇四种气体为测试对象,测试了该传感器在正弦波、方波、叁角波和锯齿波四种调制波形,8种周期(T=4s、10s、20s、30s、40s、50s、60s、80s)以及四种不同加热电压(0~5V、1~5V、2~5V、3~5V)等参数下的动态响应特性。采用离散小波变换对上述气体的动态响应信号进行小波特征提取,再利用主元分析法对小波特征进行降维处理,结合支持向量机和概率神经网络技术对被测气体进行定量分析。通过比较分析识别结果,建立温度调制优化算法。通过对所得实验数据的分析与处理,结果表明TGS2611传感器在2~5V加热电压、方波调制、20s周期下对上述气体的识别率最高。该数据分析和实验结果证明,本文提出的以小波特征为基础结合概率神经网络和支持向量机的温度调制模式优化方法是有效的,可以为复杂环境下低功耗气体检测提供新的检测思路。(本文来源于《山东工商学院》期刊2019-06-10）
郭兰兰[2]（2019）在《基于一维氧化物半导体的气体传感器研究》一文中研究指出近年来,基于氧化物半导体的气体传感器在安全监控、医学诊断、环境保护、物联网和人工智能等领域都具有重要应用,一直是化学传感器领域的研究热点,如何提高该类传感器的灵敏度更是研究者最为关注的问题之一。提高氧化物半导体传感器灵敏度的方法包括第二组分的掺入、高能晶面的暴露、颗粒尺寸的调控、工作温度的选择等。其中,第二组分的掺入是提高传感器灵敏度的常用方法,其增感效果一般归因于所掺入增感剂的电子敏化与化学敏化功能。然而,无论是电子敏化还是化学敏化,灵敏度都与第二组分在敏感基体材料表面的分布状态以及第二组分的颗粒大小密切相关。采用传统的浸渍法负载第二组分时,在达到最佳灵敏度时所负载的增感剂颗粒较大,使得增感剂的使用量显着增加。另外,传感器的灵敏度还与材料的微结构密切相关。具有疏松多孔结构的氧化物半导体能够促进目标气体在敏感体中充分扩散,从而保证了敏感体的利用效率而提高传感器的灵敏度。因此,本论文采用静电纺丝法合成α-Fe_2O_3和In_2O_3基敏感材料,利用材料特有的一维堆积结构保证了材料的利用效率;采用第二组分原位掺入的方法提高材料的灵敏度;通过金属有机骨架化合物(MOFs)结构控制所负载贵金属的颗粒尺寸,在较小的负载量下实现最佳的催化效果。具体研究内容如下:1.以贵金属Pt为第二组分,使用静电纺丝的方法合成四组不同比例Pt修饰的α-Fe_2O_3纳米线,其中掺入Pt的物质的量的百分比分别为0,0.5 mol%,1 mol%和3 mol%。SEM和TEM的表征结果表明,获得的纳米线直径均在100 nm左右,且形貌均一、分散性良好。还可以观察到,随着Pt掺入量的增加,纳米线上的颗粒之间变得紧密且颗粒之间的孔隙减少。XRD的表征结果显示,当Pt的掺入量为3 mol%时会出现Pt单质峰。TEM和XPS的结果进一步证明贵金属Pt大部分是以单质的形式存在的。气敏特性的测试结果表明,1 mol%Pt修饰的α-Fe_2O_3纳米线对目标气体具有最高的灵敏度。在最佳工作温度175℃时对10 ppm硫化氢的响应值为157,响应和恢复时间分别为30 s和18 min。并且,该传感器可检测低至1 ppm的硫化氢气体,对应的响应值为1.7。与纯α-Fe_2O_3纳米线相比,1 mol%Pt修饰的α-Fe_2O_3纳米线对10 ppm的硫化氢气体的响应值提高52倍。气敏特性提升的主要原因是贵金属Pt的化学敏化作用。2.以Al_2O_3作为第二组分进一步研究其对α-Fe_2O_3纳米纤维气敏特性的改善。采用静电纺丝法制备了掺入四组不同比例Al_2O_3的α-Fe_2O_3纳米纤维,前驱液中铝源(异丙醇铝)的质量分数分别为0,12.5wt%,25 wt%和37.5 wt%。SEM和TEM表征的结果显示,四组纳米纤维的直径没有明显变化(约为~100 nm)。但随着前驱液中掺入Al源的质量分数的增加,组成纳米纤维的纳米颗粒明显减小,纳米线的形貌从表面粗糙纳米管变为表面多孔的纳米纤维,最终变为表面光滑的纳米纤维。样品的XRD结果证实材料中的铝主要是以无定形状态的Al_2O_3存在。气敏测试结果表明Al源质量分数为25%的样品对叁乙胺的响应最好,在工作温度为250℃,它对100 ppm叁乙胺的响应值为15.2,响应恢复时间分别为1 s和17 s,检测下限可达0.5 ppm。此传感器响应值的提升主要归因于样品中缺陷氧含量的增加,即当样品中缺陷氧的含量最高时此材料的气敏特性也最优。3.通过静电纺丝的方法制备In_2O_3纳米纤维,ZnO-In_2O_3纳米纤维和Pt-ZnO-In_2O_3纳米纤维。实验中采用ZIF-8(Zeolite imidazole framework-8)控制所负载贵金属Pt的颗粒尺寸。后两种样品的制备是将ZIF-8或者Pt@ZIF-8加入前驱液,再通过静电纺丝和煅烧得到最终产物。在配制Pt-ZnO-In_2O_3纳米纤维的电纺前驱液时,实验中使用的金属盐水合硝酸铟的In~(3+)会水解,水解产物氢离子提供的酸性环境会腐蚀ZIF-8,释放出制备ZIF-8的金属离子Zn~(2+)和贵金属Pt纳米颗粒。该材料中Pt的负载量约为0.4 mol%(Pt:In_2O_3=0.4:100)。TEM结果显示该方法可以将Pt贵金属尺寸控制在3 nm左右。气敏测试的结果表明Pt-ZnO-In_2O_3纳米纤维对丙酮的响应最好,300℃下对100 ppm丙酮的响应值为57.1,响应和恢复时间为1 s和44 s,检测下限为0.5 ppm。气敏特性的提升主要归因于小颗粒的Pt贵金属具有较好的催化效果。但基于上述传感器的工作温度和检测下限都较高,仍需得到改进。4.使用静电纺丝的方法制备了纯In_2O_3纳米纤维,ZnO-In_2O_3纳米纤维和系列PdO-ZnO-In_2O_3纳米纤维。实验中采用ZIF-8(Zeolite imidazole framework-8)控制所负载贵金属Pd的颗粒尺寸,并通过在前驱液中加入ZIF-8或者Pd@ZIF-8以便在体系中引入ZnO和PdO。TEM结果证明,使用这种方法制备的Pd纳米颗粒的尺寸为2.5 nm。气敏测试的结果表明在前驱液中掺入Pd@ZIF-8的量为10 mg所制备的PdO-ZnO-In_2O_3纳米纤维在250℃对100 ppm丙酮的响应值为50,响应时间和恢复时间分别为3 s和310 s,检测下限为0.3 ppm。经过计算,该材料中PdO的负载量约为0.2 mol%(Pd:In_2O_3=0.2:100)。该实验进一步证实了增感剂尺寸的减少,不但能获得较高的灵敏度,还使所需的增感剂的负载量明显减少。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-06-01）
薛万[3]（2019）在《基于SnO_2及其复合材料的半导体气体传感器研究》一文中研究指出以挥发性有机复合物(VOCs)为代表的气体正在威胁着人们的生命财产安全及社会的健康持续发展。SnO_2基气体传感器由于诸多优点及极大的发展潜力,一直是VOCs气体检测领域的研究热点之一。本论文按照SnO_2基气敏材料形貌控制和修饰改性的研究思路,对SnO_2及其复合材料的制备及气敏特性进行了较为系统的研究。下面将列举具体的研究内容:1.为了提高SnO_2敏感体的利用效率,利用水热路线,以石墨粉为载体制备了SnO_2纳米棒,并探究了SnO_2形貌及乙醇气敏特性对水热反应时间的依赖性。实验发现,当水热时间为16h时,SnO_2呈现出形貌规整、疏松的纳米棒,同时表现出了41.8m~2/g的比表面积。基于SnO_2纳米棒的传感器可在260~o C的工作温度下对10ppm的乙醇表现出10.8的高灵敏度。2.利用便于工业生产的低温沉淀法制备了含有丰富n-In_2O_3/n-SnO_2异质结的In/Sn复合物,探究了异质结对材料的还原活性及与目标气体的相互作用产生的影响。研究发现,当In~(3+)的复合比例为20mol%时,In/Sn复合物拥有最丰富的异质结构。XPS和H_2脉冲分析表明该复合物表面的氧负离子含量及还原活性均高于SnO_2的,这有利于还原性气体在复合物表面的吸附和反应。气敏测试发现,该复合物在200℃的工作温度下对20ppm的甲醇具有高达13.2的灵敏度,这几乎是同条件下SnO_2灵敏度的叁倍。3.利用低温沉淀法制备了ZnO/SnO_2复合物,该复合物可在140℃的低工作温度下对10ppm的甲醛表现出11.3的高灵敏度,但响应速度较慢。在此基础上,借助PdO的催化作用,明显改善了Zn/Sn复合物在140℃下对甲醛气体的检测能力,即PdO修饰的Zn/Sn复合物在140℃时对10ppm甲醛的灵敏度约为5.4,同时表现出了37s和87s的响应/恢复速度,展现出了优异的低温检测能力。(本文来源于《郑州大学》期刊2019-05-01）
刘忠范[4]（2019）在《基于有机半导体TIPS-Pentacene晶态薄膜的超灵敏NO_2气体传感器》一文中研究指出以有机半导体为活性层的气体传感器由于其可室温工作、良好的选择性、工艺简单和柔性等特点而具有极大的应用潜力~(1–4)。然而和传统无机半导体传感器相比,有机半导体气体传感器的响应性能却远远不及,如灵敏度具有量级的差距,响应(本文来源于《物理化学学报》期刊2019年02期）
Mahmood,Ul,Haq[5]（2019）在《半导体金属氧化物异质结构的制备及其在气体传感器中的应用研究》一文中研究指出金属氧化物半导体纳米材料由于其制备方法简单、成本低、对各种气体有响应而广泛应用于气体传感领域。近年来,金属氧化物半导体气敏材料的研究一直是作为提升气体传感性能的主要突破点而备受关注。主要研究方向包括材料类型、形貌、暴露晶面、表面改性和器件结构。然而,在制作气体传感器件时,广泛使用涂覆工艺,其工艺繁琐,成品率低,且易引起材料团聚。考虑到基于纳米复合材料的器件具有开放式的结构,使得目标气体更容易扩散到材料内部。因此,仍然需要全面重视器件结构的改善。本论文以金属氧化物半导体气体传感器为基础的纳米复合材料作为研究对象,结合静电纺丝和水热法,制备了新型复合金属氧化物半导体气敏材料。通过对前驱体产物的表征来分析其生长机制。通过构建气体传感器原型器件来测试复合纳米材料的气体传感性能。本文的主要研究内容包括:1.我们使用静电纺丝和水热技术的简单两步法合成了基于α-Fe2O3/NiO纳米片包覆纤维的新型分级异质结构。将高浓度的α-Fe2O3纳米片均匀地外延沉积在NiO纳米纤维上。通过XRD,SEM,TEM,EDX,XPS和BET分析研究了基于α-Fe2O3/NiO复合材料的纳米结构的结晶性,形貌结构和表面组成。极端支化的α-Fe2O3/NiO纳米片覆盖纤维具有多孔结构,具有大的比表面积,这对于优良的气体传感器来说至关重要。通过调整前驱体的比例,探索了基于α-Fe2O3/NiO复合材料的不同纳米结构。与纯NiO纳米纤维相比,在较低的工作温度下其气敏响应更高、响应-恢复速度更快,并且对丙酮的选择性更好。其中,α-Fe203/Ni0纳米片包覆纤维的S-2在169 ℃下100ppm丙酮的气敏响应高达18.24,大约是纯NiO纳米纤维的6.9倍。基于α-Fe2O3/NiO纳米片覆盖纤维的复合材料气敏性能的提升可归因于具有大的表面积、p/n结和α-Fe2O3与NiO的协同性能。2.我们结合静电纺丝和水热法两步合成NiO/ZnSn03新型异质结构,在ZnSnO3纳米纤维上均匀地外延修饰大量的NiO微球。通过XRD,SEM,TEM,EDX,XPS和BET等表征手段研究了NiO/ZnSnO3复合材料的物相、形貌结构和表面状态。NiO/ZnSnO3异质结构带有介孔结构表现出大的比表面积,是制备高性能气体传感器的关键。与纯ZnSn03纳米纤维相比,基于NiO/ZnSnO3复合材料的器件气敏性能有所改善,比如在低温时表现出对乙醇气体的高灵敏度、选择性以及快速的响应-恢复速度。在160 ℃时,NiO微球修饰的复合材料对20ppm乙醇的响应高达23.95,是纯ZnSnO3纳米纤维的2.5倍。NiO/ZnSnO3复合材料传感性能的提升可归因于其具有高的比表面积、大量氧空位、p/n结效应和NiO与ZnSnO3异质结构之间的协同作用。3.我们采用表面活性剂水热处理A1(N03)3、NiCl2和NaC2O4水溶液,通过在500℃空气中连续退火合成了铝掺杂NiO超长纳米线,具有很好的分散性和清晰的形貌。研究了未掺杂和铝掺杂的NiO纳米线对乙醇、甲醇、丙酮、二甲苯、甲苯和苯的传感性能。结果表明,对比纯纳米线、掺杂量为1.6 at%、2.1 at%和4.3 at%,铝掺杂量为3.2 at%时,气敏性能提升最大。研究表明,器件的气敏性能随着纳米线中铝掺杂含量的增加而提升。在NiO纳米晶体中,Al3+离子同化是通过诱导NiO纳米线缺氧和化学吸附氧的变化来改变载流子浓度。因此,在NiO纳米线中掺入A13+将是设计优良气体传感器的一种有效方法。(本文来源于《浙江大学》期刊2019-02-01）
王庆吉,张俊红,王巧,张淑慧[6]（2018）在《基于LabVIEW的电阻式半导体气体传感器测量系统设计》一文中研究指出针对传统气体传感器测量系统测量效率低的问题,设计了一种集数据采集、分析、显示与保存于一体的电阻式半导体气体传感器测量系统。系统包含上位机、硬件电路和元件实验箱3部分。上位机由LabVIEW软件编写,具有显示气体传感器的参数与响应特性曲线的功能。硬件电路,设计了匹配电阻器自动切换电路以适应气体传感器较大的阻值变化范围,并采用相关传感器实时监控气体传感器的工作环境指标。元件实验箱采用透明的有机玻璃制作而成,具有排气装置以及注气装置,使测量简便易行。系统测试结果表明:设计的系统可完成对气敏元件的测量、实时温度监控、数据采集和报表生成,实现了对气敏元件的高效测试。(本文来源于《传感器与微系统》期刊2018年11期）
[7]（2018）在《CCS8xx系列VOC气体传感器 艾迈斯半导体》一文中研究指出艾迈斯半导体宣布已更新其CCS8xx系列气体传感器IC的功能,以缩短室内空气质量监测应用的初始化时间,并提高其性能。模拟VOC传感器IC CCS801的软件库以及数字VOC传感器IC CCS811的设备固件经过重大升级更新,初始化时间从之前的超过48h缩短至60min。现在,初次启动终端产品后,几乎可立即通过总挥发性有机物(TVOC)相对值或CO_2等效值(eCO_2)体现室内空气质量水平。这意味着,采用该传感器的OEM客户可大大减(本文来源于《传感器世界》期刊2018年07期）
陈寅生,宋凯,王祁,路佳浩[8]（2018）在《自确认金属氧化物半导体气体传感器阵列及其应用研究》一文中研究指出金属氧化物半导体(MOS)气体传感器阵列是机器嗅觉系统中获取目标气体信息的重要装置。由于气敏元件的材料特性,MOS气体传感器阵列在工作过程中不可避免地会发生突发故障及外界干扰,导致机器嗅觉系统的检测与分析性能下降。为了提升机器嗅觉系统的可靠性,在总结以往研究成果的基础上,提出了自确认MOS气体传感器阵列。该气体传感器阵列结合自确认传感器技术,能够实现自身的多故障检测与隔离、故障识别、故障恢复及测量质量评估等自确认功能。本文分别探讨了自确认MOS传感器阵列的硬件架构、功能模型及其关键技术。最后,介绍了一种面向大气环境污染气体监测的自确认MOS传感器阵列,实现了其异常状态监测与测量质量评估并对其有效性进行了验证。(本文来源于《传感技术学报》期刊2018年05期）
申郑[9]（2018）在《贵金属修饰对半导体气体传感器的电学性能改进》一文中研究指出随着科技的高速发展,人们在享受着化学工业和新材料等新技术带给我们种种便利的同时,我们的生产安全和身体健康也面临着各种有毒有害气体的威胁。实现对环境中各种有毒有害气体(诸如:苯类、甲醛、一氧化碳和甲烷等)的有效监测一方面可以保障工业生产的安全进行,另一方面也可以使我们预知所处环境当中的这些隐患,防患于未然。自从氧化物半导体材料被提出能够检测各种不同的气体之后,基于该材料的气敏特性引起了科研人员的广泛研究。以氧化物半导体材料为气体敏感层的传感器凭借其工艺简单、体积小和检测灵敏等优势成为当前气敏传感领域的一大研究热点。但是单一的氧化物半导体材料结晶度高,使得材料表面缺陷少,对气体的响应不够灵敏。人们通常考虑利用合成不同形貌结构的纳米材料、使用少量的不同种的元素掺杂和修饰等手段来提升氧化物半导体材料的气敏特性。本论文从纳米材料的物理结构出发,以设计优越性能的气体传感器为主旨。利用贵金属修饰法对制备的目前微纳结构领域很有应用前景的ZnO分等级结构材料进行功能改性,使得材料的气敏特性明显提升。本论文的研究成果如下:(1)为了克服较小尺寸纳米粒子的致密堆积会阻塞气体的扩散从而导致材料的气敏特性不理想的缺点,采用水热法合成了由厚度为几十纳米的多孔纳米片自组装形成的分等级结构的叁维ZnO多孔微球。利用化学沉淀法在材料表面大量均匀地修饰直径为1-2 nm的超细金纳米粒子。经过超细金纳米粒子修饰后的Au-ZnO复合材料对100ppm乙炔的响应值达到了311.3,是纯ZnO多孔微球结构材料的25倍,显着提高了该材料对乙炔的气敏性能。(2)采用贵金属银对合成的分等级结构的叁维ZnO多孔微球进行改性。利用化学沉淀法成功地将大颗粒的Ag粒子(50-80 nm)生长在了叁维的ZnO多孔微球结构的纳米片片层之间。这种复合材料对叁乙胺气体表现出了超高的气体响应(100 ppm的响应值为6043)和较低的最佳工作温度(183.5℃)。(3)利用一种呈中性的粘度较低的聚乙烯比咯烷酮(PVP-k30)来调控ZnO材料的微观形貌,合成出分等级的ZnO花状结构,并研究了水热反应时间对分等级的ZnO花状结构形貌的影响。并用Au纳米颗粒对制备出的材料进行改性,研究出了对苯类气体敏感的传感器。气敏测试对比如下:a)最佳工作温度从302℃降低到206℃。b)在206℃下,复合后的Au-ZnO花状结构的传感器对20 ppm的苯、甲苯和二甲苯的响应度分别为16.25、46.43和76.47,分别是未修饰前的4.33、4.47和6.51倍℃)该传感器保持了较快的动态特性,测试的响应时间<5 s,恢复时间<50 s。(本文来源于《吉林大学》期刊2018-06-01）
田野[10]（2018）在《金属氧化物半导体化学传感器检测环境有毒气体》一文中研究指出近年来随着便携式电子产品飞速发展和环境污染日趋严重,迫切需要开发一种室温、柔性导电膜基的气敏材料,提供一种低能耗,低操作温度,能高灵敏在线监测环境有害气体的便携、灵巧的气体传感器。半导体金属氧化物是当前应用最广的化学传感器气敏材料。基于纳米金属氧化物掺杂其他金属元素或与导电高聚物复合,合成新型气敏材料,既能够克服单种材料的缺陷,发挥它们互补和协同的传感性能,又能够提供具有上述特点的气体传感器。本文主要选取ZnSnO3、MoO3和WO3叁种金属氧化物,以及高分子聚物PANI,并检测其对甲醛、CO和叁乙胺叁种有害气体的气敏性能,探讨纳米复合材料的形态、活性表面、尺寸和比表面积对传感性能的影响。基于简易化学沉淀法,在室温下通过自组装和热处理,制备了具有大比表面积Pd掺杂的ZnSnO3微球。采用一系列的表征方法表征了产品的结构和形貌,同时,研究了 ZnSnO3微球对甲醛的传感性能,并探讨了传感机理。实验结果表明,在ZnSnO3微球中掺杂Pd后,ZnSnO3对甲醛的传感性能显着提高,特别是Pd的掺杂比例为4 wt%时。在103 ℃的运行温度下,浓度范围从0.1 ppm到10 ppm对甲醛均有线性响应,该材料的检测限为10Oppb。因此,4wt%Pd掺杂的ZnSn03复合材料是用于检测甲醛的具有应用前景的传感材料。在不使用表面活性剂或模板的情况下,采用一种简单快速的方法在85℃C下1.5 h合成了具有良好的形貌和高结晶的斜方晶系叁氧化钼(α-Mo03)纳米棒。搅拌时间、恒温时间和HN03用量的控制对α-Mo03纳米棒的生长至关重要。利用场发射扫描电镜(FESEM)和X射线衍射(XRD)对α-MoO3的形貌和结构进行了表征。通过X射线光电子能谱(XPS)和高斯去卷积PL分析,由于晶格中Mo5+的存在,其分子式应表示为Mo03-x(x = 0.08),表明α-Mo03的传感性能源于其非化学计量。所制备的α-MoO3纳米棒作为一种新型的传感材料具有很高的灵敏度,在292 ℃运行温度下,对40 ppm的CO最高响应值为239.6。本工作可为研究金属氧化物作为传感材料提供一种思路。采用原位化学氧化聚合法,在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜负载α-Mo03纳米棒,制备了一种透明导电膜α-Mo03/PANI复合物。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征了复合物的形态和结构。XRD和SEM结果表明,负载在PANI表面的α-Mo03呈均匀规则的矩阵排列。α-Mo03/PANI复合物导电膜对叁乙胺(TEA)具有较高的灵敏度和良好的选择性,在室温下对TEA浓度的线性响应为10-100 ppm,湿度(20-60%)对反应没有影响。此外,还详细讨论了加入α-Mo03后增强PANI传对TEA感性能的反应机制。因此,导电膜是一种有前途的敏感材料,用于检测挥发性有机化合物(VOCs)。本工作开发了一种新的气体传感材料,它将有助于新型便携式电子设备的出现。以聚苯胺(PANI)-氧化钨(W03,10-50%)为原料,采用原位化学氧化聚合法制备了 WO3/PANI纳米复合材料。利用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜在室温下检测叁乙胺(TEA)气体,制备了基于W03/PANI纳米复合材料的传感器。结果表明,W03/PANI纳米复合材料传感器与纯PANI相比具有更好的灵敏度、选择性和重复性,特别是基于PANI-30%W03在室温下运行的传感器,对81-100 ppm的TEA最大响应比纯PANI高13倍。详细讨论了纳米复合材料对TEA的传感机理,主要是由于掺杂的质子酸含量的增加以及p型PANI和n型WO3之间形成p-n异质结。因此,在室温条件下,使用WO3/PANI纳米复合材料作为检测TEA气体传感器具有很高的潜在应用价值。(本文来源于《北京化工大学》期刊2018-05-24）
半导体气体传感器论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
近年来,基于氧化物半导体的气体传感器在安全监控、医学诊断、环境保护、物联网和人工智能等领域都具有重要应用,一直是化学传感器领域的研究热点,如何提高该类传感器的灵敏度更是研究者最为关注的问题之一。提高氧化物半导体传感器灵敏度的方法包括第二组分的掺入、高能晶面的暴露、颗粒尺寸的调控、工作温度的选择等。其中,第二组分的掺入是提高传感器灵敏度的常用方法,其增感效果一般归因于所掺入增感剂的电子敏化与化学敏化功能。然而,无论是电子敏化还是化学敏化,灵敏度都与第二组分在敏感基体材料表面的分布状态以及第二组分的颗粒大小密切相关。采用传统的浸渍法负载第二组分时,在达到最佳灵敏度时所负载的增感剂颗粒较大,使得增感剂的使用量显着增加。另外,传感器的灵敏度还与材料的微结构密切相关。具有疏松多孔结构的氧化物半导体能够促进目标气体在敏感体中充分扩散,从而保证了敏感体的利用效率而提高传感器的灵敏度。因此,本论文采用静电纺丝法合成α-Fe_2O_3和In_2O_3基敏感材料,利用材料特有的一维堆积结构保证了材料的利用效率;采用第二组分原位掺入的方法提高材料的灵敏度;通过金属有机骨架化合物(MOFs)结构控制所负载贵金属的颗粒尺寸,在较小的负载量下实现最佳的催化效果。具体研究内容如下:1.以贵金属Pt为第二组分,使用静电纺丝的方法合成四组不同比例Pt修饰的α-Fe_2O_3纳米线,其中掺入Pt的物质的量的百分比分别为0,0.5 mol%,1 mol%和3 mol%。SEM和TEM的表征结果表明,获得的纳米线直径均在100 nm左右,且形貌均一、分散性良好。还可以观察到,随着Pt掺入量的增加,纳米线上的颗粒之间变得紧密且颗粒之间的孔隙减少。XRD的表征结果显示,当Pt的掺入量为3 mol%时会出现Pt单质峰。TEM和XPS的结果进一步证明贵金属Pt大部分是以单质的形式存在的。气敏特性的测试结果表明,1 mol%Pt修饰的α-Fe_2O_3纳米线对目标气体具有最高的灵敏度。在最佳工作温度175℃时对10 ppm硫化氢的响应值为157,响应和恢复时间分别为30 s和18 min。并且,该传感器可检测低至1 ppm的硫化氢气体,对应的响应值为1.7。与纯α-Fe_2O_3纳米线相比,1 mol%Pt修饰的α-Fe_2O_3纳米线对10 ppm的硫化氢气体的响应值提高52倍。气敏特性提升的主要原因是贵金属Pt的化学敏化作用。2.以Al_2O_3作为第二组分进一步研究其对α-Fe_2O_3纳米纤维气敏特性的改善。采用静电纺丝法制备了掺入四组不同比例Al_2O_3的α-Fe_2O_3纳米纤维,前驱液中铝源(异丙醇铝)的质量分数分别为0,12.5wt%,25 wt%和37.5 wt%。SEM和TEM表征的结果显示,四组纳米纤维的直径没有明显变化(约为~100 nm)。但随着前驱液中掺入Al源的质量分数的增加,组成纳米纤维的纳米颗粒明显减小,纳米线的形貌从表面粗糙纳米管变为表面多孔的纳米纤维,最终变为表面光滑的纳米纤维。样品的XRD结果证实材料中的铝主要是以无定形状态的Al_2O_3存在。气敏测试结果表明Al源质量分数为25%的样品对叁乙胺的响应最好,在工作温度为250℃,它对100 ppm叁乙胺的响应值为15.2,响应恢复时间分别为1 s和17 s,检测下限可达0.5 ppm。此传感器响应值的提升主要归因于样品中缺陷氧含量的增加,即当样品中缺陷氧的含量最高时此材料的气敏特性也最优。3.通过静电纺丝的方法制备In_2O_3纳米纤维,ZnO-In_2O_3纳米纤维和Pt-ZnO-In_2O_3纳米纤维。实验中采用ZIF-8(Zeolite imidazole framework-8)控制所负载贵金属Pt的颗粒尺寸。后两种样品的制备是将ZIF-8或者Pt@ZIF-8加入前驱液,再通过静电纺丝和煅烧得到最终产物。在配制Pt-ZnO-In_2O_3纳米纤维的电纺前驱液时,实验中使用的金属盐水合硝酸铟的In~(3+)会水解,水解产物氢离子提供的酸性环境会腐蚀ZIF-8,释放出制备ZIF-8的金属离子Zn~(2+)和贵金属Pt纳米颗粒。该材料中Pt的负载量约为0.4 mol%(Pt:In_2O_3=0.4:100)。TEM结果显示该方法可以将Pt贵金属尺寸控制在3 nm左右。气敏测试的结果表明Pt-ZnO-In_2O_3纳米纤维对丙酮的响应最好,300℃下对100 ppm丙酮的响应值为57.1,响应和恢复时间为1 s和44 s,检测下限为0.5 ppm。气敏特性的提升主要归因于小颗粒的Pt贵金属具有较好的催化效果。但基于上述传感器的工作温度和检测下限都较高,仍需得到改进。4.使用静电纺丝的方法制备了纯In_2O_3纳米纤维,ZnO-In_2O_3纳米纤维和系列PdO-ZnO-In_2O_3纳米纤维。实验中采用ZIF-8(Zeolite imidazole framework-8)控制所负载贵金属Pd的颗粒尺寸,并通过在前驱液中加入ZIF-8或者Pd@ZIF-8以便在体系中引入ZnO和PdO。TEM结果证明,使用这种方法制备的Pd纳米颗粒的尺寸为2.5 nm。气敏测试的结果表明在前驱液中掺入Pd@ZIF-8的量为10 mg所制备的PdO-ZnO-In_2O_3纳米纤维在250℃对100 ppm丙酮的响应值为50,响应时间和恢复时间分别为3 s和310 s,检测下限为0.3 ppm。经过计算,该材料中PdO的负载量约为0.2 mol%(Pd:In_2O_3=0.2:100)。该实验进一步证实了增感剂尺寸的减少,不但能获得较高的灵敏度,还使所需的增感剂的负载量明显减少。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
半导体气体传感器论文参考文献
[1].陈一.半导体气体传感器温度调制模式优化研究[D].山东工商学院.2019
[2].郭兰兰.基于一维氧化物半导体的气体传感器研究[D].吉林大学.2019
[3].薛万.基于SnO_2及其复合材料的半导体气体传感器研究[D].郑州大学.2019
[4].刘忠范.基于有机半导体TIPS-Pentacene晶态薄膜的超灵敏NO_2气体传感器[J].物理化学学报.2019
[5].Mahmood,Ul,Haq.半导体金属氧化物异质结构的制备及其在气体传感器中的应用研究[D].浙江大学.2019
[6].王庆吉,张俊红,王巧,张淑慧.基于LabVIEW的电阻式半导体气体传感器测量系统设计[J].传感器与微系统.2018
[7]..CCS8xx系列VOC气体传感器艾迈斯半导体[J].传感器世界.2018
[8].陈寅生,宋凯,王祁,路佳浩.自确认金属氧化物半导体气体传感器阵列及其应用研究[J].传感技术学报.2018
[9].申郑.贵金属修饰对半导体气体传感器的电学性能改进[D].吉林大学.2018
[10].田野.金属氧化物半导体化学传感器检测环境有毒气体[D].北京化工大学.2018