氣體傳感器原理與應(yīng)用情況

氣體傳感器原理與應(yīng)用

PrincipleandApplicationofGasSensor氣體傳感器簡介氣體傳感器是指：置于待測氣體氣氛中，可以直接感受響應(yīng)分析待測氣體，經(jīng)過一定反響時(shí)間，物理性質(zhì)發(fā)生變化，并將檢測到的氣體類別、濃度和成分等可以量化測量的參數(shù)以電信號(hào)形式輸出的器件。氣體傳感器在環(huán)境保護(hù)、食品工業(yè)、臨床診斷、工業(yè)生產(chǎn)平安、燃?xì)馄桨?、公共平安和國土平安等方面有著重要的?yīng)用。氣體傳感器分類傳感器類型傳感原理應(yīng)用材料半導(dǎo)體氣體傳感器電阻率改變金屬氧化物，多孔硅，GaN電化學(xué)氣體傳感器電催化反應(yīng)催化劑場效應(yīng)管氣體傳感器場效應(yīng)管碳納米管固體電解質(zhì)氣體傳感器電離電動(dòng)勢NASICON，ZrO2紅外吸收氣體傳感器紅外吸收——半導(dǎo)體氣體傳感器結(jié)構(gòu)氣敏半導(dǎo)體材料的性能測試氣敏半導(dǎo)體材料的性能指標(biāo)1.測試溫度2.檢測靈敏度復(fù)原性氣體：S=Ra/Rg氧化性氣體：S=Rg/Ra3.氣體選擇性4.響應(yīng)和恢復(fù)速率響應(yīng)時(shí)間(responsetime)tres：|Ra-Rg|*90%恢復(fù)時(shí)間(recoverytime)trec：|Rg-Ra|*90%5.穩(wěn)定性納米金屬氧化物氣敏性能納米金屬氧化物分布在襯底上時(shí)可以增加比外表積，更有利于氣體的吸附。納米材料的引入導(dǎo)致分子和基底之間產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用，為分析物提供更大的接觸面積。納米管：Co3O4,Fe2O3,SnO2,TiO2納米棒：ZnO,MoO3,WO3納米帶：ZnO,SnO2,V2O5納米線：In2O3,ZnO,SnO2,β-Ga2O3金屬氧化物氣敏機(jī)理當(dāng)金屬氧化物晶體在空氣中被加熱到某一溫度時(shí)，吸附在晶體外表的氧分子會(huì)獲得負(fù)電荷。金屬氧化物氣敏機(jī)理實(shí)例一：ZnONRs/GaN對H2S的響應(yīng)傳感器的制備：單晶Si-dopedGaN工作電極作為襯底恒電勢-1.2V電沉積30分鐘后，形成ZnONRs-GaN異質(zhì)結(jié)實(shí)例一：ZnONRs/GaN對H2S的響應(yīng)GaN襯底上ZnONRs的形貌實(shí)例一：ZnONRs/GaN對H2S的響應(yīng)ZnONRs/GaN異質(zhì)結(jié)的協(xié)同效應(yīng)，使其的性能優(yōu)于未修飾的ZnO或GaN實(shí)例二：p-n結(jié)型CuO-ZnO對乙醇的響應(yīng)吸附氧(O2?、O?和O2?)的形成導(dǎo)致了ZnO外表的電子耗盡層。醇與吸附氧反響，再將捕獲的電子釋放回ZnO，增大載流子濃度，減小電阻率?？赏ㄟ^監(jiān)測ZnO電導(dǎo)率的變化來實(shí)現(xiàn)傳感。實(shí)例二：p-n結(jié)型CuO-ZnO對乙醇的響應(yīng)碳納米管氣體傳感器電阻型碳納米管傳感器碳納米管氣體傳感器場效應(yīng)晶體管(FET)傳感器碳納米管氣體傳感器場效應(yīng)碳納米管工作原理我們可以從電導(dǎo)的角度論述相關(guān)原理，納米管是金屬型還是半導(dǎo)體型取決于它的結(jié)構(gòu)屬性。半導(dǎo)體特性的碳納米管常用作場效應(yīng)型的器件。當(dāng)分析物黏附在碳納米管的外表時(shí)，傳感器的電學(xué)特性會(huì)隨之發(fā)生改變，因此可以實(shí)現(xiàn)對被分析物的檢測。這種效應(yīng)會(huì)出現(xiàn)兩種結(jié)果:①它們有可能促進(jìn)了電荷從分析物到納米管的傳輸;②分析物可能作為一個(gè)潛在的散射勢壘(即粒子的潛在散射)。當(dāng)分析物吸附一個(gè)電子受體后，電荷轉(zhuǎn)移會(huì)增加電導(dǎo)率。一方面，如果分析物是電子給體，納米管上的空穴數(shù)M會(huì)減少并導(dǎo)致電導(dǎo)率的下降。這種效應(yīng)可以用來調(diào)制場效應(yīng)器件與第三柵電極。另一方面，如果分析物作為散射中心，在其特性沒有改變的情況下電流將會(huì)減小。氣敏器件研究的挑戰(zhàn)1.材料的最正確的相應(yīng)溫度較高，限制了小型化、便攜化的推廣應(yīng)用。2.材料的氣體選擇性較差，影響對目標(biāo)分子的而精準(zhǔn)識(shí)別。3.納米粒子尺寸對響應(yīng)效率和穩(wěn)定性的影響相互矛盾，需要找到其平衡點(diǎn)。氣敏器件開展前景1.新氣敏材料與制作工藝的研究開發(fā)一是利用化學(xué)修飾改性方法二是研制開發(fā)新的高性能、低本錢氣體