PDF《许明孙以材》

1 .灵敏度 采用 电压表 示法 : = W V o (

1 ) 其中, 一 负载 电阻在 洁净空气 中电压 ;

一 负载 电阻在被测 气体 中的电压 . 图 3显示

9 0

0 C退火 下TiO2 基NO

2 气体气 敏传感器 的灵敏 度普遍 都高 .在 高加热 电压下 ( >

5 .

0 V) ,5

0 0 ℃ 退火下 的灵敏度和

9 0

0 C退 火下 的灵 敏度差不 多相 同. 而700 C退火 下的灵敏 度和

8 0

0 C退火下 的灵敏度基 本上差 不多 , 但 都小于

5 0

0 C 和900~C退火下 的灵敏度 . 而1000℃ 退 火下的灵敏 度有小于

5 0

0 ℃和900 C退火下 的灵敏度 . 从总体趋势上看灵敏度都随加热 电压的升高而降低 .只有800℃退火下 的有所 反常 .其 反常尤其 在 高加热 电压 ( >

5 .

0 V)下 明显 .根据表

1 可知

9 o o ℃的轮廓算 术平均 偏差Ra最小所 以灵敏 度最高 ;

1

0 0

0 ℃的Ra最大 所 以灵 敏度最低 . 这是 因为电阻式半 导体气敏元 件的气敏 性来 自于材 料Resear ch &

Devel opm ent 表面与 气体作用 .当元件 工作温度发 生变化 时,元件表面 的吸 附氧将发 生吸 附、解 吸和价态 的变化 ,引起材料表 面 化学吸 附氧密度 的变化 .元件工作温 度过低 时 ,化学吸 附 氧少 ,元件表面 活性较低 ,与被测气 体发 生氧 化还原 反应 的作 用较弱 ,而灵敏 度较低 ;

当温度过 高时 ,与被测 气体 发生氧化还原反应过快, 而部分地抑制了被测气体的扩散, 高温 使材料 表面化 学吸附氧 的解 吸速率 大于其吸 附速率, 其表 面化学 吸附氧密 度减少 ,而 引起气敏 性能 的降低 .另外工作温度 的升 高,一方面 提高 的气敏 反应 的速度 ,有利 一图2900℃退 火下 的原 子力显微镜 图 颗粒 的紧密堆 积 ,同样会影 响到材 料的气敏 性能 ;

若退 火温 度过高 , 由于 明显粒 子增大或 发生 团聚 ,比表面下 降,导致 气敏性质下 降.当焙烧温度 升高到

1 0

0 0 ~ C,灵 敏度 急剧下降 ,由于热稳定性和相稳 定性下 降. 所 以本 文选 择合适 的退火温度为

9 0

0 ~ C,既可保 证TiO, 有足够 结晶度 ,而且 晶粒 没有明显增 大,使气敏 材料达到高 的灵敏度 和选择性 .选择 的加热 电压为

5 .

0 V而 不是更 小的加 热 电压 ,因为 当加热 电压小 时,工作温 度低,气 体在材 料表面 的吸 附速 率 、解 吸速率 以及 与材料 的反应速 度都 很慢 ,表现在 元件 的响应恢 复特 性 时间上 很长 . 根据 试验得知 ,

9 0

0 ~ C退火 的TiO2基气 敏传感器对 N O, 气体的灵敏度 既高 ,而且 响应 恢复时间较快 .

4 .

2 9

0 0 ~ C退火温度下 T i O2 的 电阻变化 由图 4可 以看 出在

9 0

0 ~ C退火温度 下TiO2基气敏传 感器 的 电阻值先 随加热 电压的升 高而升 高 ,当加热 电压 大于

4 .

5 V后继 续加高 , T i O2 基气敏传 感器的 电阻值 随加 热 电压的升高 反而 降低 . 说明TiO2 的气敏机 理与氧化锡 、 氧 化锌 、氧化铟相似 ,为表面控 制型 ,高 电阻区域 为吸

0 3 、传感器对不 同浓 度NO2 的反应 由图 5可 以看出

9 0

0 ~ C退火温度下 T i O2 基气敏传感 器对 不同摩尔浓度 的NO2 气 体的灵敏度基 本上呈现一种 线性 关系 ( 加热电压均 为5.0V) ,这种线性 关系便于我们 勘测 不同浓度 的NO

2 气体

4 、传感器对 不同气体 的反应 由图 6可 以看 出对 于相 同浓度 的不同挥发性气体 ,