外文翻譯具有高靈敏度的甲醛氣體傳感器的制備及其氣敏特性

1、具有高靈敏度的甲醛氣體傳感器的制備及其氣敏特性相對甲醛混有氧化銘的氧化鋼氣體傳感器特性已經(jīng)研究過了。間接加熱式氣 體傳感器是用敏感材料進行制備的。最終的材料的狀態(tài)和傳感層的形態(tài)通過X 射線衍射和掃描電子顯微鏡分別在焙燒前后觀察到其特點。操作溫度對傳感器響 應的影響氧化銘和氧化鋼傳感器的氣體濃度特性的對比已經(jīng)研究過了。結果表 明，在低操作溫度該傳感器對于甲醛具有良好的反應性能，使他們成為甲醛氣體 檢測最有希望的候選材料。1介紹作為一個重要的工業(yè)化學品，甲醛被應用于制造業(yè)，建筑板，膠合板和漆這樣的 材料。此外，它還是消費產(chǎn)品中一個中間添加物，如洗滌劑和肥皂。由于其殺菌 性能也可用于藥理學和藥物中。

2、然而，調(diào)查結果表明，因為它是揮發(fā)性有害化合 物，所以甲醛會對人體造成許多損害。因此，需要一種有效的方法來監(jiān)測甲醛進 而進行氣體環(huán)境測量與控制。制造氣體傳感器被認為是一個理想的監(jiān)測氣體的手 段。我們目前的調(diào)查主要涉及與甲醛的檢測。雖然半導體金屬氧化物氣體傳感器提供了對有毒氣體或可燃性氣體的安全檢測， 但是他們?nèi)匀挥幸欢ǖ木窒扌?，如靈敏度，選擇性，長期穩(wěn)定性等等。為了克服 半導體金屬氧化物氣體傳感器的缺點，半導體金屬氧化物的制備與摻雜的研究已 經(jīng)做過了。氧化鋼是一個有希望的具有寬禁帶的半導體材料（3.70電子伏特）， 其電子濃度主要取決于計量缺陷的濃度（如氧空位）就像其他金屬氧化物半導體。 就傳感

3、機制來說，顆粒的大小，缺陷，表面與界面的性能和化學計量學直接影響 了傳感器表面的氧化物種類的狀態(tài)和數(shù)量，最后影響了金屬氧化物傳感器的性 能。因此，為了提高并改善氣體傳感性能（敏感性，選擇性，較好的熱穩(wěn)定性和 較低的操作溫度），氧化鋼通常用于納米結構形式或摻雜合適的貴金屬和金屬氧 化物。作為一個單組分氧化物，由于其良好的靈敏度，氧化鋼是一種很有前途的 氧化性氣體檢測的候選者。因此，當其他金屬氧化物摻雜氧化鋼，對于不同的氣 體可調(diào)諧的氣體靈敏度也不同。他們已經(jīng)很好的研究了檢測大部分重要氣體的傳 感器材料，如乙醇，一氧化碳，二氧化氮，和氫氣。然而，研究很少集中在甲醛 傳感器的材料特性。在本次調(diào)查中，

4、用固態(tài)合成技術制備氧化鎘和氧化鋼的混合 物，通過X射線衍射和掃描電鏡圖像來觀察其特點?；诨k和氧化鋼的混合物 的間接加熱的氣體傳感器就被制備好了。甲醛傳感器中混合物的特性也就確定 了。2實驗所有的來源于商業(yè)用于實驗的化學試劑需要保證沒有進一步提純。根據(jù)我們的初 步實驗，氧化鋼或氧化鎘對于甲醛來說不具有良好的傳感特性。氧化鋼或氧化鎘 粉末是由碳酸鹽和氧化鋼制備的。不同階段碳酸鹽-氧化鋼樣品的成分已經(jīng)研究 過了。氧化鎘：氧化鋼=1 : 2.5重量比被認為是最有希望的甲醛氣體的傳感特 性。混合蒸餾去離子水的碳酸鹽-氧化鋼樣品仔細研磨至約50-500納米大小的 顆粒。然后對樣品分別以500，650，

5、750和850攝氏度在空氣中煅燒1個小時。X射線衍射（X射線衍射，Rigaku D/MAX-3B粉末衍射儀）有著用于鑒定階段 目標的銅質(zhì)物和K輻射（入=1.54056a），其中衍射X射線強度被記錄為一個 20。該樣本是從10度到70（20）以0.02為一個單位進行掃描。根據(jù) Scherrer的公式：Rx = 0.9入/（B cos 0 ），平均晶粒尺寸（接收）測量從X射 線衍射峰以每分鐘2的速度進行掃描，入是X射線的波長，0是衍射角，B是 真正的半個波峰寬度。掃描電子顯微鏡（掃描電鏡）的照片是由荷蘭的xesem-tmp 獲得的。該間接加熱傳感器可以根據(jù)文獻13進行制備?；旌喜牧献鳛橐粋€敏感的物

6、 質(zhì)由帶有金屬電極和鉑電線氧化鋁管制備成的。竦-銘合金線纏繞在氧化鋁管上 被用作電阻。這個電阻需要確保有基本的加熱和溫度控制。這些元素在650攝氏 度的空氣中燒結1小時。焙燒后，基于氧化鋼的敏感物質(zhì)的厚度大約為0.6毫 米。為了提高其穩(wěn)定性和重復性，氣體傳感器適宜在150攝氏度的空氣中燒1 小時。該傳感器電阻通過在電壓為5伏下的串聯(lián)電阻相連接的傳統(tǒng)電路進行測 量。氣體反應6被定義為在真空和氣體中的電阻比。在650攝氏度煅燒的氧化銘與氧化鋼材料的傳感性能優(yōu)于在500，750，和 850攝氏度進行煅燒的傳感性能。在本文中，我們主要討論在650攝氏度焙燒的 材料。X射線粉末衍射模式的準備和煅燒材料如

7、圖1所示。氧化鋼和氧化銘峰值可 以通過在650攝氏度情況下煅燒1小時的樣品的外形進行觀察。氧化鋼和氧化銘 的外形展現(xiàn)了一個很高的結品度。400攝氏度碳酸鹽分解，氧化鉻形成。相氧化 鋼的狀態(tài)沒有改變，和其他的狀態(tài)（例如，CdIn2O4）在650度燃燒后并不能看 出來。.另一方面，氧化鋼的X射線衍射峰的寬度在煅燒前后并不改變，從中我 們可以看出氧化銘能有效地抑制品粒生長。根據(jù)雪萊的方程計算的品粒平均尺寸 28納米，煅燒后氧化鋼30納米，氧化銘31納米。比較的結果是，掃描電鏡圖片顯示了制備和煅燒樣品中各種大小的粒子。大 顆粒由小微品組成。圖2 （a）和（b）分別顯示了制備和焙燒過程中的掃描電鏡 圖像

8、。大多數(shù)粒子有不規(guī)則的形態(tài)，顆粒大小的范圍是100 - 500納米。傳感器的導電率取決于氣體種類，同時也取決于暴露在測試性氣體中的傳感 材料的操作溫度，這些問題以經(jīng)解決了。圖3描述傳感器的反應和操作溫度之間 的關系。操作溫度對反應有重大影響。有趣的是，反應首先逐漸增加，然后隨著 操作溫度的提高減少?？梢钥闯觯瑢τ诩兹怏w在低溫范圍內(nèi)，基于氧化銘和氧 化鋼的傳感器具有優(yōu)異的氣敏特性。在95攝氏度它展出了對甲醛氣體最高的響 應。較低的工作溫度在應用中是一個優(yōu)點。如圖4所示，響應的抵押-氧化鋼基于傳感器的氧化銘和氧化鋼在95度操 作時的響應展示了對氣體濃度的良好依賴性。該傳感器對酒精和汽油有著非常小

9、 的反應，但對于甲醛氣體有著較大響應。百萬分之十的甲醛氣體的反應超過了百 萬之八十的甲醛氣體的響應。本反應是大大高于最近報道氧化鋅和氧化鉛，三氧 化鎢和氧化鉛，竦，和基于甲醛氣體的la0.68pb0.32feo3。這種氣體傳感器展 現(xiàn)了對甲醛氣體的較大反應和對酒精與汽油的較高選擇性。這一結果表明，氧化 銘和氧化鋼是一個良好的檢測甲醛氣體的氣敏材料，可用于監(jiān)測和控制甲醛氣 體。一個良好的反應和快速響應、恢復時間可以用這種傳感器在最佳工作溫度95 攝氏度下進行觀察。針對不同甲醛氣體濃度（10-100 ppm）的器皿傳感器如圖5 所示。作為一個高靈敏度的傳感器，它可以測量非常低濃度，甚至百萬分之一。

10、 隨著甲醛氣體濃度的增加輸出電壓的增加呈線性關系并且有較短的響應時間。響 應時間和恢復時間（定義為達到最終平衡值90%）為2分鐘，恢復時間為4分鐘。氣敏機理是基于氧化銘和氧化鋼材料的電導的變化。材料的表面對氧的吸收 影響了氧化銘和氧化鋼傳感器的導電性。氧的吸附取決于顆粒大小，較大的材料 面積，和合適的傳感器操作溫度。隨著空氣中溫度的增加，氧的狀態(tài)被吸附在氧 化銘和氧化鋼材料的表面的氧的狀態(tài)在下面的反應中發(fā)生。氧從材料中捕獲電 子，導致了空穴濃度的增加和電子濃度的減少。當傳感器接觸甲醛氣體時，被捕 獲的電子以吸附狀態(tài)被釋放，導致傳感器電阻減小。因此，氧化銘和氧化鋼傳感 器甲醛氣體的減少是敏感的。該傳感器具有良好的穩(wěn)定性（沒有顯示的數(shù)據(jù)）。穩(wěn)定性機制更為復雜和進 一步的工作是得到