化学专业外文资料翻译--具有高灵敏度的甲醛气体传感器的制备及其气敏特性

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1、 PDF外文：http:/ 2974 字 出处： Sensors and Actuators B: Chemical, 2008, 131(1): 301-305 1  外文资料 翻译 译文   具有高灵敏度的甲醛气体传感器的制备及其气敏特性  相对甲醛混有氧化铬的氧化铟气体传感器特性已经研究过了。间接加热式气体传感器是用敏感材料进行制备的。最终的材料的状态和传感层的形态通过 x 射线衍射和扫描电子显微镜分别在焙烧前后观察到其特点。操作温度对传感器响应的影响氧化铬和氧化铟传感器的气体浓度特性的对比已经研究过了。结果表明，在低操作温度该传感器对于甲 醛具有良好的反应

2、性能，使他们成为甲醛气体检测最有希望的候选 材料 。  1 介绍  作为一个重要的工业化学品，甲醛被应用于制造业，建筑板，胶合板和漆这样的材料。此外，它还是消费产品中一个中间添加物，如洗涤剂和肥皂。由于其杀菌性能也可用于药理学和药物中。然而，调查结果表明，因为它是挥发性有害化合物，所以甲醛会对人体造成许多损害。因此，需要一种有效的方法来监测甲醛进而进行气体环境测量与控制。制造气体传感器被认为是一个理想的监测气体的手段。我们目前的调查主要涉及与甲醛的检测。  虽然半导体金属氧化物气体传感器提供了对有毒气体 或可燃性气体的安全检测，但是他们仍然有一定的局限性，如灵敏度

3、，选择性，长期稳定性等等。为了克服半导体金属氧化物气体传感器的缺点，半导体金属氧化物的制备与掺杂的研究已经做过了。氧化铟是一个有希望的具有宽禁带的半导体材料（ 3.70 电子伏特），其电子浓度主要取决于计量缺陷的浓度（如氧空位）就像其他金属氧化物半导体。  就传感机制来说，颗粒的大小，缺陷，表面与界面的性能和化学计量学直接影响了传感器表面的氧化物种类的状态和数量，最后影响了金属氧化物传感器的性能。因此，为了提高并改善气体传感性能（敏感性，选择性，较好的热 稳定性和较低的操作温度），氧化铟通常用于纳米结构形式或掺杂合适的贵金属和金属氧化物。作为一个单组分氧化物，由于其良好的灵敏度，氧化

4、铟是一种很有前途的氧化性气体检测的候选者。因此，当其他金属氧化物掺杂氧化铟，对于不同的气体可调谐的气体灵敏度也不同。他们已经很好的研究了检测大部分重要气体的传感器材料，如乙醇，一氧化碳，二氧化氮，和氢气。然而，研究很少集中在甲醛传感器的材料特性。在本次调查中，用固态合成技术制备氧化镉和氧化铟的混合物，通过X 射线衍射和扫描电镜图像来观察其特点。基于化镉和氧化铟的混合物的间接加热的气体传感器就被制备好了。甲醛传感器中混合物的特性也就确定了。  2 实验    39  所有的来源于商业用于实验的化学试剂需要保证没有进一步提纯。根据我们的初步实验，氧化铟或氧化

5、镉对于甲醛来说不具有良好的传感特性。氧化铟或氧化镉粉末是由碳酸盐和氧化铟制备的。不同阶段碳酸盐 氧化铟样品的成分已经研究过了。氧化镉：氧化铟 =1 : 2.5 重量比被认为是最有希望的甲醛气体的传感特性。混合蒸馏去离子水的碳酸盐 氧化铟样品仔细研磨至约 50-500 纳米大小的颗粒。然后对样品分别以 500， 650，750 和 850 摄氏度在空气中煅烧 1 个小时。  X 射线衍射（ X 射线衍射 , Rigaku D/MAX-3B 粉末衍射仪）有着用于鉴定阶段目标的铜质物和 K 辐射（ =1.54056a），其中衍射 X 射线强度被记录为一个 2 。该样本是从 10 度 到 7

6、0（ 2 ）以 0.02为一个单位进行扫描。根据 Scherrer 的公式： Rx = 0.9 /(B cos ),平均晶粒尺寸（接收）测量从 X 射线衍射峰以每分钟 2的速度进行扫描， 是 X 射线的波长， 是衍射角， B 是真正的半个波峰宽度。扫描电子显微镜（扫描电镜）的照片是由荷兰的 xesem-tmp 获得的。  该间接加热传感器可以根 据文献 13进行制备。混合材料作为一个敏感的物质由带有金属电极和铂电线氧化铝管制备成的。镍 铬合金线缠绕在氧化铝管上被用作电阻。这个电阻需要确保有基本的加热和温度控制。这些元素在 650 摄氏度 的空气中烧结 1 小时。焙烧后，基于氧化铟的敏

7、感物质的厚度大约为 0.6 毫米。为了提高其稳定性和重复性，气体传感器适宜在 150 摄氏度 的空气中烧 1 小时。该传感器电阻通过在电压为 5 伏下的串联电阻相连接的传统电路进行测量。气体反应 被定义为在真空和气体中的电阻比。  在 650 摄氏度煅烧的氧化铬与氧化铟材料的传感性能优于在 500， 750，和 850 摄氏度 进行煅烧的传感性能。在本文中，我们主要讨论在 650 摄氏度 焙烧的材料。   X 射线粉末衍射模式的准备和煅烧材料如图 1 所示。氧化铟和氧化铬峰值可以通过在 650 摄氏度 情况下煅烧 1 小时的样品的外形进行观察。氧化铟和氧化铬的外形展现了一个

8、很高的结晶度。 400 摄氏度 碳酸盐分解，氧化铬形成。相氧化铟的状态没有改变，和其他的状态（例如， CdIn2O 4）在 650 度燃烧后并不能看出来。 .另一方面，氧化铟的 X 射线衍射峰的宽度在煅烧前后并不改变，从中我们可以看出氧化铬能有效地抑制晶粒生长。根据雪莱的方程计算的晶 粒平均尺寸 28 纳米，煅烧后氧化铟 30 纳米，氧化铬31 纳米。  比较的结果是，扫描电镜图片显示了制备和煅烧样品中各种大小的粒子。大颗粒由小微晶组成。图 2（ a）和（ b）分别显示了制备和焙烧过程中的扫描电镜图像。大多数粒子有不规则的形态，颗粒大小的范围是 100 500 纳米。  传

9、感器的导电率取决于气体种类，同时也取决于暴露在测试性气体中的传感材料的操作温度，这些问题以经解决了。图 3 描述传感器的反应和操作温度之间的关系。操作温度对反应有重大影响。有趣的是，反应首先逐渐增加，然后随着操作温度的提高减少。  40  可以看出，对于甲醛 气体在低温范围内，基于氧化铬和氧化铟的传感器具有优异的气敏特性。在 95 摄氏度 它展出了对甲醛气体最高的响应。较低的工作温度在应用中是一个优点。  如图 4 所示，响应的抵押 氧化铟基于传感器的氧化铬和氧化铟在 95 度操作时的响应展示了对气体浓度的良好依赖性。该传感器对酒精和汽油有着非常小的反应，但对于甲

10、醛气体有着较大响应。百万分之十的甲醛气体的反应超过了百万之八十的甲醛气体的响应。本反应是大大高于最近报道氧化锌和氧化铅，三氧化钨和氧化铅，镍，和基于甲醛气体的 la0.68pb0.32feo3。这种气体传感器展现了对甲醛 气体的较大反应和对酒精与汽油的较高选择性。这一结果表明，氧化铬和氧化铟是一个良好的检测甲醛气体的气敏材料，可用于监测和控制甲醛气体。  一个良好的反应和快速响应、恢复时间可以用这种传感器在最佳工作温度 95 摄氏度 下进行观察。针对不同甲醛气体浓度 (10 100 ppm)的器皿传感器如图 5 所示。作为一个高灵敏度的传感器，它可以测量非常低浓度，甚至百万分之一。随

11、着甲醛气体浓度的增加输出电压的增加呈线性关系并且有较短的响应时间。响应时间和恢复时间（定义为达到最终平衡值 90%）为 2 分钟，恢复时间为 4 分钟。  气敏机理是基于 氧化铬和氧化铟材料的电导的变化。材料的表面对氧的吸收影响了氧化铬和氧化铟传感器的导电性。氧的吸附取决于颗粒大小，较大的材料面积，和合适的传感器操作温度。随着空气中温度的增加，氧的状态被吸附在氧化铬和氧化铟材料的表面的氧的状态在下面的反应中发生。氧从材料中捕获电子，导致了空穴浓度的增加和电子浓度的减少。当传感器接触甲醛气体时，被捕获的电子以吸附状态被释放，导致传感器电阻减小。因此，氧化铬和氧化铟传感器甲醛气体的减少是敏感的。  该传感器具有良好的稳定性（没有显示的数据）。稳定性机制更为复杂和进一步的工作是得到了 一一个明确的认识。  4 总结  通过固态合成技术氧化铬和氧化铟样本的制备甲醛探测的传感材料已被证明是可行的。制作好的传感器显示了很大程度的反应，高选择性，快速反应，和在低操作温度时良好的恢复性。实验结果表明了混有氧化铬的氧化铟气体传感器的材料潜力。  鸣谢  这项工作得到了中国国家自然科学基金会和中国云南省自然科学基金支持。