丙酮氣敏性能的研究

(重慶師范大學(xué) 重慶 401331)

?

丙酮氣敏性能的研究

侯能

(重慶師范大學(xué)重慶401331)

目前氣敏傳感器在監(jiān)測丙酮氣體領(lǐng)域類有許多同行的研究，古彥飛等人[7]通過溶膠凝膠法制備ZnO基丙酮敏感材料并研究其對丙酮氣體的靈敏度，工作溫度為500℃時靈敏度可達(dá)到60，且研究了影響氧化物半導(dǎo)體丙酮氣敏性能的幾個因素；Sara S.等人利用水熱和溶膠凝膠技術(shù)來制備MWCNTs/SnO2的納米復(fù)合材料，研究對比得到當(dāng)MWCNTs的復(fù)合量為0.05wt%時，傳感器在200℃的工作溫度下對2.5ppm的干燥丙酮氣體氛圍中的靈敏度為552，是其在85%RH潮濕空氣中的4.6倍，響應(yīng)恢復(fù)時間分別為2min和13min等等。筆者做了以下兩個兩個研究，望同行朋友們多多指正。

一、不同熱處理溫度下SmFeO3粉體對5ppm丙酮的氣敏特性

圖1為不同熱處理溫度下SmFeO3氣敏元件對5ppm丙酮的靈敏度與工作溫度的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，當(dāng)工作溫度為190℃時經(jīng)1000℃熱處理的SmFeO3氣敏元件對丙酮氣體表現(xiàn)出最高的靈敏度為36，而其余兩個熱處理溫度下的SmFeO3氣敏材料對丙酮的靈敏度明顯低于1000℃的氣敏材料，所以選擇熱處理溫度為1000℃的SmFeO3氣敏材料，通過與SWCNTs的復(fù)合來進(jìn)一步提高其對丙酮的氣敏性能。

圖1 不同熱燒結(jié)溫度下SmFeO3氣敏元件對5ppm丙酮靈敏度-工作溫度曲線

二、SWCNTs-SmFeO3氣敏材料對不同濃度丙酮的氣敏性研究

圖2是在丙酮的最佳工作溫度180℃時，四個復(fù)合元件對不同濃度的丙酮氣體靈敏度-溫度曲線關(guān)系圖，SWCNTs改性SmFeO3氣敏材料是一種P型半導(dǎo)體，所以靈敏度隨氣體濃度的增加而增大，基本上呈線性增加的趨勢，當(dāng)丙酮濃度達(dá)到80ppm時，氣靈敏度隨濃度變化的趨勢變得平緩，當(dāng)達(dá)到了吸附與解吸的平衡時，該氣敏元件達(dá)到了對丙酮氣體靈敏度得最大值，此時，元件對丙酮分子的吸附已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)，電阻變化則趨于穩(wěn)定值，此曲線說明該元件可以對低濃度的丙酮氣體進(jìn)行實時監(jiān)測。

圖2 SWCNTs——SmFeO3(X=0.5%～1。25%)氣敏材料氣敏元件對不同濃度丙酮氣體的靈敏度

三、SWCNTs改性SmFeO3氣敏材料對10ppm丙酮的響應(yīng)恢復(fù)特性研究

圖3是復(fù)合量X=1%在240℃的工作溫度下，對10ppm丙酮氣體的響應(yīng)——恢復(fù)時間曲線。當(dāng)氣敏元件置身于10ppm丙酮氣氛中時，在顆粒表面發(fā)生氣氛反應(yīng)，使得氣敏元件的電阻值不斷加大，大約在190s時，元件的電阻值趨于平衡，此時，打開玻璃罩，讓元件脫離被測氣體，置于空氣氛圍之中，此時丙酮氣體逐漸脫離材料顆粒表面，緊接著出現(xiàn)的變化就是元件的電阻值慢慢降低，在340s處元件的電阻值恢復(fù)穩(wěn)定。所以，該氣敏元件的響應(yīng)時間是190s和恢復(fù)時間是50s，說明該氣敏材料的響應(yīng)恢復(fù)特性不佳，工作效率較低，應(yīng)該在今后的研究工作中對這一方面進(jìn)行深入的探索以提高這類氣敏元件的工作效率。

圖3 SWCNTs——SmFeO3(X=1%)氣敏元件響應(yīng)-恢復(fù)時間曲線

四、小結(jié)

1.復(fù)合比例為1%的SWCNTs——SmFeO3氣敏材料在200℃時出現(xiàn)了對丙酮氣體的最高靈敏度38.9，說明1%的復(fù)合比例是最適合SmFeO3的復(fù)合比例，對比復(fù)合前的純相SmFeO3氣敏材料，復(fù)合后的氣敏材料不僅降低了工作溫度，而且提高了該材料對丙酮氣體的靈敏度；

2.對復(fù)合比例X=1%的氣敏元件樣品在200℃下進(jìn)行響應(yīng)恢復(fù)特性曲線的測定，待測氣氛為10ppm的丙酮，其響應(yīng)恢復(fù)時間分別為190s和50s，說明該氣敏材料的響應(yīng)恢復(fù)時間比較大，工作效率比較低，應(yīng)該作進(jìn)一步的研究以待提高其工作效率，同時對低濃度下的丙酮氣體也有一定的響應(yīng)，有望被開發(fā)利用來對現(xiàn)實生活中丙酮氣體的實時監(jiān)控。

侯能(1988.03-)，男，碩士研究生，重慶師范大學(xué)，研究方向：文物與博物館學(xué)。