金屬氧化物氣敏材料高通量篩選與選擇性優(yōu)化研究.pdf

1、氣味是物質最重要的特征之一，人類生產生活中對氣味檢測的需求促進了氣敏傳感器的迅速發(fā)展。氣敏傳感器被廣泛應用于空氣質量檢測、食品品質監(jiān)控、國防安全、生物醫(yī)療等領域。金屬氧化物材料因其高靈敏度、低成本、易微型化等優(yōu)勢成為氣敏領域最常用的敏感材料，但其最主要的缺陷是選擇性差。通過組合成金屬氧化物陣列可以提高選擇性，但同時也存在陣列優(yōu)化問題，即如何針對特定應用選擇最優(yōu)材料組合和最優(yōu)工作條件（熱、光等外場）。
　　通過材料合成方法改變金屬氧

2、化物材料氣敏性能的方法有很多，其中表面改性不僅可以改變金屬氧化物表面耗盡層分布，還可以調控金屬氧化物表面化學活性，同時，可供表面改性的元素眾多。所以，表面改性是一種簡單、有效、靈活可控的金屬氧化物氣敏材料改性方法。另外，金屬氧化物材料在不同外場（熱、光）的激發(fā)下也會展現(xiàn)不同的氣敏性能，例如存在最佳工作溫度、溫度調制方法可提高選擇性、室溫下光激發(fā)可提高敏感性等。因而本文通過30余種元素表面改性，調控了3種金屬氧化物基體材料的氣敏性能，并在

3、不同外場條件下針對有毒有害氣體檢測、糧食霉變檢測、皮革異味檢測的應用，基于高通量篩選方法測試各金屬氧化物材料的氣敏性能，并進行了選擇性分析和陣列優(yōu)化。金屬氧化物氣敏性能由表面化學反應活性決定，因而本文也試圖建立一個有效獲取金屬氧化物表面化學吸附氧的吸附激活能和脫附激活能的方法，并基于這些化學層面的性能參數分析各金屬氧化物氣敏材料的選擇性差異。
　　首先，利用組合材料學思想對SnO2、WO3和ZnO體系材料進行了34種元素表面修飾，

4、通過自制高通量測試平臺獲取了他們在不同溫度下對9種有毒有害氣體的穩(wěn)態(tài)響應性能，利用聚類分析方法說明了基體和改性元素對材料氣敏性能的影響，最后篩選出了對有毒有害氣體檢測性能優(yōu)異的材料陣列。
　　其次，利用組合材料學思想對SnO2、WO3和ZnO體系材料進行了32種元素表面修飾，在自制頂空氣味分析儀上獲取了他們在光熱調制下對糧食和皮革樣品氣味的響應-特征圖譜，運用 PCA方法分析了基體和改性元素對材料響應特征的不同作用，并針對每類被測