Pd摻雜SnO2厚膜CO2氣體傳感器的制備及其氣敏特性研究

畢道廣,羅 兵,張福增,王婷婷,姚英邦

(1.廣東工業(yè)大學(xué) 材料與能源學(xué)院,廣東 廣州 510006;2.中國南方電網(wǎng)責(zé)任有限公司,廣東 廣州 510623)

由于森林不斷地被砍伐、化石燃料的過度使用和其他工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng),每年有3960～6900億噸的CO2積存在大氣當(dāng)中[1]。這些過度排放的CO2使得大氣中CO2的含量從工業(yè)革命前的265ppm增長到近幾年的400ppm,造成了海水的酸化、全球變暖和水循環(huán)失衡等自然災(zāi)害[2-4]。CO2還是一種窒息性氣體,研究表明,當(dāng)密閉環(huán)境中CO2含量從1%,2%,3%,4%增加到5%(體積分?jǐn)?shù))時(shí),人會(huì)依次出現(xiàn)呼吸速率加快、頭暈、輕度失去知覺、輕微的窒息和失去意識(shí)等癥狀[5-6]。當(dāng)環(huán)境中的CO2濃度高于體積分?jǐn)?shù)17%時(shí),人在幾分鐘之內(nèi)就會(huì)失去意識(shí)甚至死亡[7]。因此,監(jiān)測環(huán)境中的CO2含量十分重要。目前,檢測CO2的氣體傳感器種類有紅外光學(xué)型氣體傳感器[8-10]、表面聲波型氣體傳感器[11-13]、固體電解質(zhì)型氣體傳感器[14-15]和半導(dǎo)體氣敏傳感器等[16-17]。其中半導(dǎo)體氣敏傳感器由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、制備工藝簡單和檢測濃度范圍寬等優(yōu)點(diǎn),一直是人們研究的熱點(diǎn)[17]。

半導(dǎo)體氣敏傳感器主要由氣敏材料和基體兩部分組成。其工作原理如下:當(dāng)傳感器置于目標(biāo)氣體中時(shí),傳感器的氣敏材料會(huì)和目標(biāo)氣體發(fā)生吸附和化學(xué)反應(yīng),從而導(dǎo)致氣敏材料的電容或者電阻發(fā)生可逆的變化,并且這種變化隨著氣體濃度的升高而增大。通過測量氣敏材料電容或者電阻變化的大小,就可以測定被測氣體的濃度[18]。絲網(wǎng)印刷法是制備傳感器基板上的電極和厚膜氣敏材料的常用方法,與管狀傳感器制備工藝相比,絲網(wǎng)印刷法制備的傳感器材料具有成膜性能好、膜厚均勻等優(yōu)勢(shì)[19-20]。

SnO2是一種n型半導(dǎo)體,它的禁帶寬度為3.6～3.8 eV,是被研究最多的氣敏材料之一,可以被用來檢測氫氣、一氧化碳、甲烷、丙烷和二氧化碳等氣體[21-25]。Tamaki等發(fā)現(xiàn),CO2可以吸附在SnO2材料表面并且與表面的O-離子反應(yīng)生成(CO3)2-,進(jìn)一步捕獲SnO2中的自由電子,從而使SnO2材料在吸附CO2后電阻增大[26]。最近,Wang等通過第一性原理計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)當(dāng)濕潤的空氣引入到SnO2表面時(shí),CO2會(huì)和預(yù)先吸附在SnO2表面上OH-中的氧原子反應(yīng)生成(CO3)2-,從而將CO2中的電子釋放到SnO2表面,進(jìn)而降低SnO2的電阻[27]。目前,SnO2材料用于CO2氣敏傳感器的機(jī)理還未有定論,需要進(jìn)一步研究。有研究表明,SnO2的氣敏特性受材料的形貌影響很大,降低SnO2的顆粒尺寸可以增加材料的比表面積,進(jìn)而增加材料的響應(yīng)值[28-30]。此外,貴金屬(如納米金、納米鉑、納米鈀等)的摻入對(duì)材料氣敏性能也影響很大,這些納米金屬顆粒能夠提高材料對(duì)特定氣體的敏感性,還能降低傳感器的工作溫度[31-33]。

鈀(Pd)是常用的一種用于改性SnO2氣敏特性的摻雜材料,可以提高對(duì)CO、CH4、H2等氣體的檢測選擇性[34-39]。另一方面,針對(duì)SnO2材料對(duì)CO2氣體的傳感特性研究也取得了一些進(jìn)展,尤其是La元素?fù)诫s的SnO2在CO2檢測方面顯示出了良好的性能,在不同濃度及工作溫度下對(duì)CO2氣體的響應(yīng)值在1.16～3.7之間[40-47]。目前,還未有研究針對(duì)Pd摻雜SnO2對(duì)CO2氣體的檢測,并且SnO2對(duì)CO2氣體的傳感機(jī)理也還未有統(tǒng)一的結(jié)論[26-27],需要更多的理論及試驗(yàn)研究。因此,本文制備了Pd摻雜的SnO2納米漿料,并使用絲網(wǎng)印刷法制備厚膜傳感器,以研究SnO2對(duì)CO2氣體的氣敏特性。

本文采用松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、乙基纖維素、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)和鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)的混合物作為有機(jī)載體,制備出一種以納米SnO2為主功能相的漿料。由于CO2屬于化學(xué)惰性氣體,相對(duì)于其他化學(xué)活性高的氣體(如氫氣、氨氣和一氧化碳等)更加難以檢測。為了提高SnO2對(duì)CO2的敏感性,在選用平均粒徑為20 nm的商業(yè)SnO2粉體作為漿料主成分的同時(shí),還在漿料中摻入了含量(相對(duì)于SnO2的質(zhì)量)為0.5%,1%,1.5%,2%和3%的納米鈀(Pd)顆粒。采用絲網(wǎng)印刷的工藝制備出厚膜CO2氣體傳感器。本文的研究表明,當(dāng)Pd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí),所制備的傳感器在258℃時(shí)有最大的響應(yīng)值1.98。該傳感器對(duì)1000ppm以上的CO2有明顯的響應(yīng),并且該傳感器的響應(yīng)值隨CO2濃度增大而增大。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 SnO2漿料的制備

本文以松油醇(純度95%)和丁基卡必醇醋酸酯(98%)作為漿料的主溶劑,以乙基纖維素作為增稠劑(化學(xué)純),以鄰苯二甲酸二丁酯(DBP,99%)和鄰苯二甲酸二辛酯(DOP,90%)為增塑劑,以三乙醇胺(98%)為分散劑,以粒徑為20 nm的納米SnO2粉體為主成分,制備出納米SnO2漿料。具體操作如下:

SnO2復(fù)合粉末的制備:稱取40 g的納米SnO2粉末和13.72,27.43,41.15和54.86 g的納米Pd分散液(納米Pd的質(zhì)量分別是SnO2的0.5%,1%,2%和3%),分別放入球磨罐中,然后加入無水乙醇和鋯球。設(shè)定球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為400 r/min,球磨時(shí)間為10 h。球磨完成之后,將球磨罐放入60℃烘箱中,干燥20 h。待干燥完成之后,用400目的篩網(wǎng)對(duì)混合粉末過篩,得到不同Pd含量的SnO2復(fù)合粉末。

SnO2漿料的制備:稱取35 g的松油醇、15 g的丁基卡必醇醋酸酯、5.40 g的乙基纖維素、0.60 g的DBP和1.20 g的DOP于燒杯中,在80℃水浴加熱下用磁力攪拌器攪拌2 h。待混合溶液冷卻到室溫后,將溶液倒入滾磨罐中,分別加入0.63 g的三乙醇胺(為SnO2質(zhì)量的1.5%)和40 g的Pd-SnO2復(fù)合粉末,并加入200 g直徑為20 mm的鋯球和100 g直徑為10 mm的鋯球。密封好滾磨罐的瓶口,將罐子放入到臥式滾磨機(jī)上,設(shè)置轉(zhuǎn)速為200 r/min,滾磨20 h后得到混合均勻的SnO2漿料。

1.2 傳感器的制備

在制備傳感器之前首先將8 mm×5 mm×0.38 mm的氧化鋁基板放入到無水乙醇中用超聲波清洗機(jī)清洗10 min。待氧化鋁基板干燥后,通過絲網(wǎng)印刷的方法在氧化鋁基板的正面用鉑漿印刷上叉指電極。其中叉指電極的間距為0.1 mm,共5對(duì)。然后,將氧化鋁基板放入烘箱中在150℃下干燥15 min,隨后轉(zhuǎn)入到馬弗爐中,以10℃/min的升溫速度升到950℃,在950℃下保溫10 min。待馬弗爐冷卻至室溫,取出氧化鋁基板。隨后,采用絲網(wǎng)印刷的方法依次印刷傳感器的加熱電阻、叉指電極、加熱電阻的端點(diǎn)電極和SnO2厚膜,具體的印刷材料、干燥溫度、干燥時(shí)間、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間如表1所示。

表1 各種功能層的印刷工藝Tab.1 Processing parameters for each layer

最后,在叉指電極的兩端涂上銀漿,分別引出兩根銀線,放到干燥箱中,在120℃下干燥10 min。接著在加熱電阻的兩端涂上銀漿,然后分別引出兩根銀線,放到干燥箱中在120℃下干燥10 min。隨后將傳感器放入到馬弗爐中,在600℃下保溫10 min。將制備好的傳感器放入干燥箱中,在250℃下保溫24 h,進(jìn)行老化。制備好的傳感器如圖1所示。

圖1 (a)傳感器正面示意圖;(b)傳感器背面示意圖Fig.1 Schematic illustrations of(a)the top,and(b)backside of the SnO2 gas sensor

1.3 X射線衍射測試

使用X射線衍射儀(DMAX-UltimaIV,Rigaku公司)對(duì)SnO2厚膜樣品進(jìn)行掃描,其中X射線源為CuKα(λ=0.154 nm)射線,掃描的范圍是10°～90°,掃描速度是8°/min。

1.4 樣品形貌和膜厚測試

使用掃描電子顯微鏡(Hitachi-SU8010,日立公司)對(duì)SnO2厚膜進(jìn)行表面形貌和截面形貌表征。

1.5 傳感器的工作溫度測試

將傳感器加熱電阻上的銀線連接到直流電源(Series 2260B,Tektronix公司)上,調(diào)節(jié)直流電源的輸出電流以控制溫度,使用熱電偶測量傳感器基板的溫度。

1.6 氣敏性能測試

將傳感器加熱電阻上的銀線連接到直流電源上,通過調(diào)節(jié)直流電源的電流大小來控制傳感器的工作溫度。將傳感器上叉指電極的銀線連接到多通道數(shù)據(jù)采集器(KHITHLEY 2700,Tektronix公司)上,用來檢測傳感器在目標(biāo)氣體下的電阻變化。然后將傳感器放入帶有進(jìn)氣口和出氣口的密閉腔體中。其中腔體的進(jìn)氣口和多通道質(zhì)子流量計(jì)控制系統(tǒng)的出氣口相連,將腔體的出氣口接到微型抽風(fēng)機(jī)上。對(duì)傳感器的氣敏性能測試是在特定濃度下進(jìn)行的,因此需要配置氣體濃度。本實(shí)驗(yàn)采用的是動(dòng)態(tài)配氣方式,將干燥空氣和5000ppm的CO2接入到多通道質(zhì)子流量計(jì)控制系統(tǒng)上,控制氣體流量,對(duì)CO2稀釋,從而達(dá)到所需的氣體濃度。圖2展示的是傳感器測試的示意圖。

圖2 氣體測試裝置示意圖Fig.2 Measurement setup for the CO2 gas sensor

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 X射線衍射分析

圖3展示的是印刷后摻入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)納米Pd的SnO2漿料在600℃下退火30 min的X射線衍射圖譜。從圖3中的曲線(a)可以看出,對(duì)于沒有摻入Pd的納米SnO2樣品,樣品的峰位和SnO2的標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片(PDF#41-1445)符合得很好。其中三個(gè)最強(qiáng)峰(110)、(101)和 (211)晶面的 2θ分別是 26.60°,33.95°和51.94°,所對(duì)應(yīng)的半高寬分別是0.530°,0.550°和0.577°。由德拜-謝樂公式[48]:

式中:λ為X射線的波長;θ為布拉格角度;β是峰位的半高寬;0.9是形狀因數(shù)。計(jì)算出納米SnO2顆粒的平均粒徑為15.3 nm,這和廠家標(biāo)稱的粒徑(20 nm)相差不大。圖3曲線(b)、(c)、(d)和(e)分別是納米Pd摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%,1%,2%和3%時(shí)的SnO2X射線衍射圖譜,從圖中可以看出這些摻雜后的樣品的三個(gè)最強(qiáng)峰(110)、(101)和(211)的2θ分別是26.60°,33.95°和51.94°,沒有發(fā)生明顯的峰位移動(dòng),說明Pd的摻入并不會(huì)影響SnO2的晶體結(jié)構(gòu)。從圖3中沒有看到Pd的X射線衍射峰位,這可能是由于納米Pd的含量較少造成的。

2.2 表面形貌和截面形貌分析

圖4展示的是摻入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米Pd后SnO2厚膜的掃描電鏡照片。從圖中可以看出,退火后的厚膜中有很多孔洞,這是由于漿料中的有機(jī)物在退火后完全燃燒造成的。這些納米SnO2顆粒尺寸非常小,約為20 nm,表現(xiàn)出團(tuán)聚的現(xiàn)象。當(dāng)納米Pd的摻入量從質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%,1%,2%增加到3%時(shí),厚膜的形貌并沒有發(fā)生明顯的變化,由于Pd的含量非常少,從該掃描電鏡照片中很難發(fā)現(xiàn)納米Pd顆粒的存在。圖5顯示的是SnO2厚膜的截面圖,從圖中可以看出在氧化鋁基板上SnO2的膜截面為疏松多孔的狀態(tài),采用Image J軟件測得其膜厚約為2.9μm。

圖3 退火后(a)純SnO2、(b)摻入0.5%Pd、(c)摻入1%Pd、(d)摻入2%Pd和(e)摻入3%Pd的SnO2厚膜X射線衍射圖Fig.3 XRD patterns of pure SnO2(a),SnO2 with 0.5%Pd(b),SnO2 with 1%Pd(c),SnO2 with 2%Pd(d)and SnO2 with 3%Pd(e)

2.3 傳感器工作溫度的測定

圖6(a)描述的是在不同電流下,傳感器加熱電阻的阻值變化和傳感器的溫度變化。從圖中可以看出,隨著電流從0.110 A增加到0.204 A時(shí),傳感器的溫度從133℃增加到504℃。傳感器的輸入電流和溫度之間可以近似看成線性關(guān)系,如圖6(a)所示,采用R=3997×I-321.05能很好地?cái)M合電流和溫度的關(guān)系,擬合的最大偏差為4.1%。當(dāng)電流從0.110 A增加到0.204 A時(shí),加熱電阻的阻值會(huì)從82Ω增加到123Ω,這是由于溫度升高,氧化釕的電阻會(huì)逐漸升高。圖6(b)展示了傳感器在不同工作溫度下的穩(wěn)定性,從圖中可以看出,傳感器分別在200,250,300,350,400,450和500℃工作20 min后,其溫度分別變化了6.0,8.5,9.6,15.5,11.5,13.5和27.0℃。在300℃以下工作20 min時(shí),傳感器的溫度變化小于10℃。在300℃以上工作20 min時(shí),傳感器的工作溫度變化大于10℃。當(dāng)傳感器的溫度在500℃左右工作20 min時(shí),傳感器的溫度變化更大,為27.0℃。因此,此傳感器穩(wěn)定性會(huì)隨著工作溫度的升高而降低,最佳的工作溫度是在300℃以下。

圖4 不同Pd含量的SnO2厚膜表面圖。(a)0.5%Pd;(b)1%Pd;(c)2%Pd;(d)3%PdFig.4 SEM images of the surface of SnO2 thick films with different Pd contents.(a)0.5%Pd;(b)1%Pd;(c)2%Pd;(d)3%Pd

圖5 SnO2厚膜的截面圖Fig.5 Cross-section view of the SnO2 thick film

2.4 納米Pd含量對(duì)傳感器的影響

圖7描繪的是在5000ppm的CO2濃度下,傳感器溫度為198℃時(shí),不同納米Pd含量的傳感器對(duì)CO2氣敏性能的影響。從圖7可以看出:當(dāng)通入CO2與干燥空氣混合的氣體時(shí),傳感器的電阻會(huì)降低;當(dāng)停止通入CO2氣體,通入干燥空氣時(shí),厚膜電阻又會(huì)增大。當(dāng)摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的納米Pd時(shí),傳感器的響應(yīng)值(傳感器在干燥空氣下的電阻(Ra)和在CO2下的電阻(Rg)之比)S=1.24,其響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間(響應(yīng)時(shí)間是指開始通入CO2后傳感器電阻值到達(dá)穩(wěn)定電阻值的90%所需的時(shí)間;恢復(fù)時(shí)間是停止通入CO2后傳感器電阻值到達(dá)穩(wěn)定電阻值的90%所需的時(shí)間)分別為120 s和224 s,經(jīng)歷過一個(gè)循環(huán)的測試后,傳感器的電阻變化了2.2%。當(dāng)納米Pd摻入量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%時(shí),傳感器的響應(yīng)值S=1.36,響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別是612 s和117 s,經(jīng)歷過一個(gè)循環(huán)的測試后,傳感器電阻變化了1.1%,有很好的恢復(fù)性能。當(dāng)納米Pd摻入量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%時(shí),傳感器的響應(yīng)值S=1.30,響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別是920 s和72 s,經(jīng)歷一個(gè)測試循環(huán)后,傳感器的電阻變化了10.2%。當(dāng)納米Pd摻入量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%時(shí),傳感器的響應(yīng)值S=1.22,響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別是2371 s和124 s,經(jīng)歷一個(gè)測試循環(huán)后,傳感器的電阻變化了8.2%。當(dāng)不摻入Pd時(shí),傳感器對(duì)CO2沒有響應(yīng)(數(shù)據(jù)沒有列出)。因?yàn)榧{米Pd顆粒的表面效應(yīng)很大,能夠增加SnO2表面能帶的彎曲,還會(huì)增加SnO2費(fèi)米能級(jí)[41,49],因此,Pd的加入可以增加SnO2電阻,還可以增加其對(duì)CO2的敏感性。但是當(dāng)Pd的含量大于質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%時(shí),SnO2對(duì)CO2的敏感性會(huì)降低,而且當(dāng)Pd的含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%時(shí),半導(dǎo)體的電阻會(huì)變得不穩(wěn)定。

圖6 (a)在不同電流下加熱電極的電阻變化和傳感器的溫度變化;(b)傳感器在不同溫度下的穩(wěn)定性Fig.6 The resistance and temperature of the RuO2 heating resistor under different currents(a),and stability of the sensor at different temperatures(b)

圖7 四個(gè)不同Pd含量的樣品在5000ppm CO2濃度下的電阻變化Fig.7 The time dependence of the resistance of different Pd-doped SnO2 sensors in 5000ppm CO2

2.5 CO2濃度對(duì)傳感器的影響

圖8顯示的是傳感器在198℃下,Pd摻入量為1%的傳感器的電阻在不同的CO2濃度下的變化。如圖所示,當(dāng)通入500ppm的CO2時(shí),傳感器的電阻沒有明顯的變化,只是由于換氣時(shí)出現(xiàn)了電阻的波動(dòng)。當(dāng)通入的CO2濃度為1000ppm時(shí),傳感器的電阻從701 kΩ減小到651 kΩ,響應(yīng)值S=1.08,響應(yīng)時(shí)間為335 s。停止通入CO2,傳感器的電阻回升到699 kΩ,恢復(fù)時(shí)間為312 s。當(dāng)CO2的濃度為3000ppm時(shí),傳感器的響應(yīng)值S=1.13,響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別是322 s和401 s,經(jīng)歷過一個(gè)循環(huán)的測試后,傳感器的電阻相比于測試前只變化了1.1%。當(dāng)通入的CO2濃度為5000ppm時(shí),傳感器的電阻從600 kΩ減小到464 kΩ,響應(yīng)值S=1.36,響應(yīng)時(shí)間為612 s。停止通入CO2,傳感器的電阻回升到594 kΩ,恢復(fù)時(shí)間為117 s。可以看出當(dāng)Pd含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%時(shí),對(duì)500ppm的CO2沒有響應(yīng),當(dāng)CO2的濃度大于1000ppm時(shí),傳感器的電阻會(huì)變化,并且響應(yīng)值隨著CO2濃度的增加而增大。這是因?yàn)楫?dāng)CO2濃度增加時(shí),SnO2的表面能吸附更多的CO2分子,在納米Pd作用下將電子從CO2中轉(zhuǎn)移到SnO2厚膜內(nèi),從而降低材料的電阻。

圖8 傳感器的電阻在不同CO2濃度下的變化Fig.8 The time dependence of the resistance of SnO2 sensor with 1% Pd under different CO2 concentrations

2.6 工作溫度對(duì)傳感器的影響

圖9展示的是Pd含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的傳感器在不同工作溫度下的電阻變化值。在5000ppm的CO2下,當(dāng)傳感器的工作溫度為183℃時(shí),傳感器的電阻沒有發(fā)生明顯的變化。當(dāng)工作溫度為226℃時(shí),傳感器的響應(yīng)值S=1.46,響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別是1217 s和155 s。在258℃下,傳感器在5000ppm的CO2下的響應(yīng)值增大到1.93,響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別是581 s和283 s,在經(jīng)歷過一個(gè)測試后,傳感器的電阻變化了6.7%,具有很好的恢復(fù)性能。在此溫度下,傳感器對(duì)5000ppm的CO2有最高的響應(yīng)值和最短的響應(yīng)時(shí)間,并且沒有出現(xiàn)由于換氣導(dǎo)致的傳感器電阻出現(xiàn)波動(dòng)的現(xiàn)象,因此,傳感器最佳的工作溫度為258℃。當(dāng)繼續(xù)增加傳感器的工作溫度到290℃時(shí),傳感器的響應(yīng)值就降低到1.38,并且響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間增加到470 s和367 s。因?yàn)楫?dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí),CO2分子的運(yùn)動(dòng)也會(huì)加劇,會(huì)使得SnO2的表面對(duì)CO2的吸附量降低,從而影響傳感器的響應(yīng)值、響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間[50]。

圖9 在不同工作溫度下1% Pd含量傳感器的電阻變化Fig.9 The time dependence of the resistance of SnO2 sensor with 1% Pd under different temperatures

3 結(jié)論

本文制備了Pd摻雜量分別為0.5%,1%,2%和3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的納米SnO2漿料,然后通過絲網(wǎng)印刷的方法制備了針對(duì)CO2氣體的厚膜傳感器。研究了SnO2厚膜傳感器在不同溫度、不同氣體濃度下工作的穩(wěn)定性和對(duì)CO2的氣敏特性。研究發(fā)現(xiàn),傳感器加熱電阻的輸入電流和溫度之間呈線性關(guān)系,在300℃以下能夠穩(wěn)定工作。納米Pd的摻入能夠提升SnO2對(duì)CO2的響應(yīng)度,但是過量的Pd的摻入則會(huì)顯著增大SnO2的電阻并且使得SnO2的電阻不穩(wěn)定,降低對(duì)CO2的響應(yīng)度。當(dāng)摻入的Pd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%,工作溫度為258℃時(shí),傳感器對(duì)CO2有最大的響應(yīng)值S=1.93。該傳感器對(duì)CO2氣體檢測的含量下限為1000ppm,隨著CO2氣體濃度的增加,傳感器的響應(yīng)值逐漸增大。本文的研究結(jié)果表明,Pd摻雜能夠明顯提高SnO2材料對(duì)CO2氣體的氣敏特性,使用本文工藝制備的厚膜傳感器具有與La2O3摻雜SnO2可比的響應(yīng)度。本研究為制備基于SnO2的CO2氣體傳感器提供了一種新的摻雜方案,對(duì)進(jìn)一步研究半導(dǎo)體材料對(duì)CO2氣體的傳感機(jī)制也起到了一定的參考作用。