【摘 要】
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柴油中硫化物(如苯并噻吩、二苯并噻吩等)会影响油的品质,造成发动机的腐蚀,其燃烧后生成的硫氧化物会破坏环境,影响人们的身体健康,因此对柴油中的硫化物的含量进行检测已经成为亟待解决的重要问题。目前常用的硫化物含量检测技术无法实现对硫含量快速便携的检测,而传感器技术具有操作简便、无损分析、方便快捷等优点,可以实现对硫化物含量实时快速的检测。本文主要围绕车载硫传感器前端检测和后端检测两个应用方面——检测
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柴油中硫化物(如苯并噻吩、二苯并噻吩等)会影响油的品质,造成发动机的腐蚀,其燃烧后生成的硫氧化物会破坏环境,影响人们的身体健康,因此对柴油中的硫化物的含量进行检测已经成为亟待解决的重要问题。目前常用的硫化物含量检测技术无法实现对硫含量快速便携的检测,而传感器技术具有操作简便、无损分析、方便快捷等优点,可以实现对硫化物含量实时快速的检测。本文主要围绕车载硫传感器前端检测和后端检测两个应用方面——检测柴油中硫化物含量和检测硫化物燃烧后产物(SO2)的含量制备传感器。采用磁控溅射技术在陶瓷衬底的表面沉积了一层氧化锌薄膜,并将其作为传感器的敏感材料,用于直接检测油中的硫化物含量。氧化锌基硫传感器在含硫的油中的测试结果表明,其在理想条件下可以实现对油中硫化物含量的检测,能够分辨出不同硫含量的油。但是对含硫的油进行多次测试后发现其失去了对含高浓度硫化物的油的检测,尝试采用多种方法,但仍难以恢复到初始状态,具有较差的重复性能和恢复性能。采用间歇测试和方波测试的方式消除了传感器在测试过程中外加电流对其电阻的影响,提高了测试的精度。为控制变量,以正辛烷为样品油。在正辛烷中的测试表明,油中的一些杂质也会和氧化锌发生作用,影响测试的结果。对在油中测试后的传感器进行XPS分析结果表明,油中的硫化物会吸附在氧化锌的表面,并且较难脱附,并且有一部分硫化物会渗透到薄膜的内部并与氧化锌反应生成硫化锌,使其具有较差的重复性能和恢复性能。氧化锌作为检测油中硫化物传感器的敏感材料的研究仍处于初始阶段,仅在理想条件下能够实现对油中硫化物含量的检测。由于直接检测油中硫化物含量的传感器具有重复性能和恢复性能差的问题,并且较难解决,因此制备了二氧化硫传感器,通过检测二氧化硫浓度来推测出油中硫化物的浓度。采用水热法制备了花状SnO2纳米材料,用于在室温下检测SO2气体。该材料可以用于检测低浓度的SO2气体,对200 ppb的SO2的灵敏度为2.3,响应/恢复时间分别为16 s和4 s,具有优异的传感性能。但是其在相对高浓度SO2中测试后,转移到空气环境时,SO2较难在SnO2表面脱附,恢复性能较差。为了解决这个问题。使用Au对SnO2材料进行改性处理,Au的引入并没有明显改善对SO2气体的气敏性能,SnO2-3%Au对200 ppb的SO2的灵敏度为3.1,其他Au掺杂量的SnO2传感器对200 ppb的SO2的灵敏度都要低于原始材料,但是改善了其恢复性能。为了改善SnO2和SnO2-Au传感器灵敏度较低的问题,使用Ni对SnO2材料进行改性处理。Ni的掺杂极大的提高了传感器对SO2气体的灵敏度,其中SnO2-5%Ni传感器对SO2具有最好的灵敏度。SnO2-5%Ni传感器对200 ppb的SO2的灵敏度高达41.5,响应/恢复时间分别为56 s和8 s,具有优异的传感性能。并且基于Ni掺杂的SnO2材料的传感器具有较好的恢复性能。
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