一維納米材料的場(chǎng)致電離傳感器的研制及其氣敏特性研究.pdf

1、在對(duì)國(guó)內(nèi)外場(chǎng)致電離氣體傳感器研究進(jìn)展進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)它始終存在著工作電壓高、選擇性差和穩(wěn)定性差問題。本論文避開傳統(tǒng)的依靠擊穿電壓下降和擊穿電流值來檢測(cè)氣體的方法，重點(diǎn)研究了場(chǎng)致電離傳感器的暗電流和氣體擊穿后脈沖電流特性。傳統(tǒng)的擊穿電壓和擊穿電流的氣體檢測(cè)方法建立在氣體劇烈放電基礎(chǔ)上，會(huì)對(duì)電極的納米結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞。此外，在混合氣體中，僅僅依靠擊穿電壓和擊穿電流值并不能同時(shí)獲得測(cè)試氣體的種類和濃度信息。因此，本論文提出暗電流和氣

2、體擊穿后脈沖電流檢測(cè)氣體的新方法。從原理、理論基礎(chǔ)和各種影響因素等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并用以檢測(cè)有毒有害氣體和濕度。設(shè)計(jì)并研制出基于一維納米材料的場(chǎng)致電離傳感器，建立了相應(yīng)的電流或電壓測(cè)試平臺(tái)。 第一章全面回顧了研究氣體傳感器的現(xiàn)狀、氣體的檢測(cè)方法、氣體傳感器的分類、氣體放電的分類、氣體電離式傳感器和納米材料的離子化作用，找出了場(chǎng)致電離傳感器依靠擊穿電壓和擊穿電流值檢測(cè)氣體存在選擇性差和穩(wěn)定性差問題。在此基礎(chǔ)上確定了論文的研究

3、方向和內(nèi)容，確定采用暗電流和氣體擊穿后脈沖電流的檢測(cè)方法來提高選擇性和穩(wěn)定性，確定以乙酸和氨氣等為研究對(duì)象。 第二章探討了一維納米材料及其陣列的制備。分別采用聚合物分解原位生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法和絲網(wǎng)印刷法制備出了碳納米管膜，用溶劑熱法制備出了氧化鋅納米棒陣列。用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、透射電子顯微鏡、激光拉曼光譜儀等方法詳細(xì)地表征了制備出來的碳納米管和氧化鋅納米棒的形貌和結(jié)構(gòu)。 第三章詳細(xì)討論了場(chǎng)致電離傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作，

4、建立了暗電流和擊穿電壓測(cè)試平臺(tái)，比較了多種陽極納米材料的離子化效果。提出了通過場(chǎng)致電離傳感器的暗電流檢測(cè)氣體的新方法，深入研究出了該方法對(duì)氣體的敏感響應(yīng)機(jī)理，從理論上分析并預(yù)測(cè)了暗電流與測(cè)試氣體濃度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)探討了場(chǎng)致電離傳感器的暗電流和擊穿電壓方法對(duì)空氣中少量有機(jī)氣體的敏感響應(yīng)。結(jié)合氣體分子的自身特性闡述了場(chǎng)致電離傳感器對(duì)氣體的選擇性問題。詳細(xì)討論了采用不同陽極材料的場(chǎng)致電離傳感器在不同氣氛下，擊穿電壓的穩(wěn)定性問題，找出導(dǎo)致?lián)舸╇妷?/p>

5、不穩(wěn)定因素。通過實(shí)驗(yàn)獲得了擊穿電壓與有機(jī)氣體濃度之間的關(guān)系，探討了擊穿電壓下降法檢測(cè)氣體的敏感機(jī)理。 第四章討論了利用場(chǎng)致電離傳感器的擊穿脈沖電流波形對(duì)單一氣體的檢測(cè)分析。論述了高壓放電產(chǎn)生脈沖電流的機(jī)制，搭建了基于三軸操作臺(tái)的測(cè)試裝置，建立了超高頻電信號(hào)測(cè)試平臺(tái)。采用ZnO納米棒陣列為陽極場(chǎng)致電離傳感器，詳細(xì)考察了過電壓、間隙間距和少量雜質(zhì)氣體對(duì)脈沖放電頻率和放電電流波形的影響。用擊穿脈沖電流波形測(cè)試方法成功實(shí)現(xiàn)對(duì)氦氣、氬氣和

6、氮?dú)獾亩ㄐ詼y(cè)試分析。 第五章首先討論利用碳納米管為陽極的場(chǎng)電離傳感器對(duì)乙酸的敏感響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)比較了場(chǎng)電離傳感器對(duì)空氣中乙醇、丙酮、水蒸汽和乙酸的靈敏度，并結(jié)合各種氣體分子的自身特性找出了靈敏度不同的原因。詳細(xì)探討了空氣中濕度對(duì)乙酸測(cè)試的影響，提出了解決濕度干擾的方法。其次，詳細(xì)研究了場(chǎng)致電離傳感器對(duì)空氣中濕度的敏感響應(yīng)。闡明了暗電流法檢測(cè)濕度的敏感機(jī)理，理論分析了暗電流與濕度的數(shù)值關(guān)系。并考察了場(chǎng)致電離傳感器對(duì)濕度的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)