丙酮?dú)饷粜阅艿难芯?/h1>
2016-08-16 04:03
福建質(zhì)量管理 2016年11期
(重慶師范大學(xué) 重慶 401331)
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丙酮?dú)饷粜阅艿难芯?/p>
侯能
(重慶師范大學(xué)重慶401331)
目前氣敏傳感器在監(jiān)測(cè)丙酮?dú)怏w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(duì)丙酮?dú)怏w的靈敏度，工作溫度為500℃時(shí)靈敏度可達(dá)到60，且研究了影響氧化物半導(dǎo)體丙酮?dú)饷粜阅艿膸讉€(gè)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(duì)比得到當(dāng)MWCNTs的復(fù)合量為0.05wt%時(shí)，傳感器在200℃的工作溫度下對(duì)2.5ppm的干燥丙酮?dú)怏w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(shí)間分別為2min和13min等等。筆者做了以下兩個(gè)兩個(gè)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(duì)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(duì)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(shí)經(jīng)1000℃熱處理的SmFeO3氣敏元件對(duì)丙酮?dú)怏w表現(xiàn)出最高的靈敏度為36，而其余兩個(gè)熱處理溫度下的SmFeO3氣敏材料對(duì)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(duì)丙酮的氣敏性能。
圖1 不同熱燒結(jié)溫度下SmFeO3氣敏元件對(duì)5ppm丙酮靈敏度-工作溫度曲線
二、SWCNTs-SmFeO3氣敏材料對(duì)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(shí)，四個(gè)復(fù)合元件對(duì)不同濃度的丙酮?dú)怏w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(shì)，當(dāng)丙酮濃度達(dá)到80ppm時(shí)，氣靈敏度隨濃度變化的趨勢(shì)變得平緩，當(dāng)達(dá)到了吸附與解吸的平衡時(shí)，該氣敏元件達(dá)到了對(duì)丙酮?dú)怏w靈敏度得最大值，此時(shí)，元件對(duì)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(duì)低濃度的丙酮?dú)怏w進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
圖2 SWCNTs——SmFeO3(X=0.5%～1。25%)氣敏材料氣敏元件對(duì)不同濃度丙酮?dú)怏w的靈敏度
三、SWCNTs改性SmFeO3氣敏材料對(duì)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(duì)10ppm丙酮?dú)怏w的響應(yīng)——恢復(fù)時(shí)間曲線。當(dāng)氣敏元件置身于10ppm丙酮?dú)夥罩袝r(shí)，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(shí)，元件的電阻值趨于平衡，此時(shí)，打開玻璃罩，讓元件脫離被測(cè)氣體，置于空氣氛圍之中，此時(shí)丙酮?dú)怏w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(shí)間是190s和恢復(fù)時(shí)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(duì)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(shí)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(shí)出現(xiàn)了對(duì)丙酮?dú)怏w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(duì)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(duì)丙酮?dú)怏w的靈敏度；
2.對(duì)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(cè)定，待測(cè)氣氛為10ppm的丙酮，其響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間分別為190s和50s，說明該氣敏材料的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)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(shí)對(duì)低濃度下的丙酮?dú)怏w也有一定的響應(yīng)，有望被開發(fā)利用來對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中丙酮?dú)怏w的實(shí)時(shí)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)。
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侯能
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目前氣敏傳感器在監(jiān)測(cè)丙酮?dú)怏w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(duì)丙酮?dú)怏w的靈敏度，工作溫度為500℃時(shí)靈敏度可達(dá)到60，且研究了影響氧化物半導(dǎo)體丙酮?dú)饷粜阅艿膸讉€(gè)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(duì)比得到當(dāng)MWCNTs的復(fù)合量為0.05wt%時(shí)，傳感器在200℃的工作溫度下對(duì)2.5ppm的干燥丙酮?dú)怏w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(shí)間分別為2min和13min等等。筆者做了以下兩個(gè)兩個(gè)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(duì)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(duì)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(shí)經(jīng)1000℃熱處理的SmFeO3氣敏元件對(duì)丙酮?dú)怏w表現(xiàn)出最高的靈敏度為36，而其余兩個(gè)熱處理溫度下的SmFeO3氣敏材料對(duì)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(duì)丙酮的氣敏性能。
圖1 不同熱燒結(jié)溫度下SmFeO3氣敏元件對(duì)5ppm丙酮靈敏度-工作溫度曲線
二、SWCNTs-SmFeO3氣敏材料對(duì)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(shí)，四個(gè)復(fù)合元件對(duì)不同濃度的丙酮?dú)怏w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(shì)，當(dāng)丙酮濃度達(dá)到80ppm時(shí)，氣靈敏度隨濃度變化的趨勢(shì)變得平緩，當(dāng)達(dá)到了吸附與解吸的平衡時(shí)，該氣敏元件達(dá)到了對(duì)丙酮?dú)怏w靈敏度得最大值，此時(shí)，元件對(duì)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(duì)低濃度的丙酮?dú)怏w進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
圖2 SWCNTs——SmFeO3(X=0.5%～1。25%)氣敏材料氣敏元件對(duì)不同濃度丙酮?dú)怏w的靈敏度
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圖3 SWCNTs——SmFeO3(X=1%)氣敏元件響應(yīng)-恢復(fù)時(shí)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(shí)出現(xiàn)了對(duì)丙酮?dú)怏w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(duì)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(duì)丙酮?dú)怏w的靈敏度；
2.對(duì)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(cè)定，待測(cè)氣氛為10ppm的丙酮，其響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間分別為190s和50s，說明該氣敏材料的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)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(shí)對(duì)低濃度下的丙酮?dú)怏w也有一定的響應(yīng)，有望被開發(fā)利用來對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中丙酮?dú)怏w的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
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