【摘 要】
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金属氧化物作为检测气体污染物的敏感材料由来已久。目前,以此所开发的电阻式气敏传感器中,人们对用于双气体检测的半导体敏感材料研究付出了大量的努力。寻找合适的敏感材料以实现对两种及多种气体的检测更加满足工业生产和日常生活的要求。丙酮与甲苯均是日常生活中常见的VOCs（挥发性有机物）气体,是室内VOCs污染物的主要组成部分。开发一种高灵敏性的传感器,及时准确的测定环境中的丙酮与甲苯的含量在工业生产、环境
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金属氧化物作为检测气体污染物的敏感材料由来已久。目前,以此所开发的电阻式气敏传感器中,人们对用于双气体检测的半导体敏感材料研究付出了大量的努力。寻找合适的敏感材料以实现对两种及多种气体的检测更加满足工业生产和日常生活的要求。丙酮与甲苯均是日常生活中常见的VOCs（挥发性有机物）气体,是室内VOCs污染物的主要组成部分。开发一种高灵敏性的传感器,及时准确的测定环境中的丙酮与甲苯的含量在工业生产、环境保护、人体健康及医疗诊断等许多方面具有现实意义。四氧化三钴是一种典型的p型半导体材料,其化学性能稳定,存贮量丰富,价格便宜,由于其良好的导电性和催化性,逐渐应用于气体传感器。本论文选取四氧化三钴为研究对象,将不同形貌及其表面改性材料进行对丙酮与甲苯的气体特性研究,具体内容如下:1、制备了颗粒状、片状及花状三种不同形貌四氧化三钴低纬结构材料。通过气敏特性研究表明,发现三种形貌材料均具备对丙酮与甲苯的检测能力。其中,片状结构的Co3O4在气敏性能上优于其他两种形貌Co3O4,对于50 ppm丙酮响应值为6.1,响应/恢复时间为2/8 s;对于50 ppm甲苯的响应值为3.5,响应/恢复时间为3/20 s。2、对片状四氧化三钴表面改性表明,增加了表面的孔隙率,Co2+所占比例增加,晶格氧含量减少,表面吸附氧含量增加。经过表面改性后样品气敏性能得到提升,对于50 ppm丙酮响应值为76.4,响应/恢复时间为3/6 s;对于50 ppm甲苯的响应值为13.7,响应/恢复时间为4/7 s。3、对四氧化三钴材料机理研究表明,丙酮的反应活性比甲苯好,反应过程中用以突破化学反应势垒的能量较低,因此所需工作温度低于甲苯,甲苯在该温度下吸附/脱附能力不足。温度升高至满足甲苯的吸附/脱附条件时,丙酮在该温度下的物理吸附受到抑制,化学反应加快,使得丙酮的响应值低于甲苯。经过表面处理后的样品,Co2+所占比例增加,促进了气体分子与传感材料表面电子的转移,Co2+具有更高的催化活性,使得器件响应恢复速度得以提升。处理后表面吸附氧（OC）含量增加,表面吸附氧能够参与表面化学反应过程,其含量的增加导致材料气敏响应值增强。本论文通过对Co3O4材料的气敏研究工作,分析了该材料本身所具有的气体敏感特性,寻找了对丙酮与甲苯气体实现双检测的方法。并且研究了材料的增感机理,为提高半导体型气体传感器的性能提供了研究思路。
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