乙醇极易挥发,属于易燃易爆气体,在工业生产和道路交通中很有必要实现对酒精浓度的检测。目前常用的燃料电池型和半导体型乙醇传感器具有价格高或选择性差、需要加热装置的缺点。因此,研究开发价格低廉、灵敏度高、选择性好的低浓度乙醇传感器就具有非常重要的意义。多孔硅乙醇气体传感器的主要优点:在室温下不用加热就具有很高的灵敏度、选择性好、测量精度高、价格低等。 本论文的主要研究内容有,查阅了大量文献,研究了多孔硅气体传感器的国内外发展现状,并在国内首次报道了多孔硅用于各种气体检测的原理及特点。采用了水热腐蚀法制备多孔硅的工艺和方法,该方法制备的多孔硅具有特殊的表面形貌,极易于吸附气体分子。结合磁控溅射技术设计制作了薄膜型多孔硅乙醇气敏元件,吸附乙醇时具有良好的电阻和电容响应。 在室温条件下构建测试系统,并首次系统研究了多孔硅乙醇气体传感器的性能。多孔硅表面吸附乙醇分子后,多孔硅膜的导电性和介电常数会发生改变,引起气敏元件的电阻和电容值变化。深入探讨了气敏机理,提出等效电路,并分析了寄生电阻和电容对测量的影响。在此基础上,提出改善传感器性能的方法。 首次研制了多孔硅/ZnO复合膜。复合膜的形貌既保留了多孔硅利于气体吸附的柱状结构,又在其表面生长了良好的气敏材料ZnO,因此,提高了传感器对乙醇响应的稳定性、选择性及温度特性。 以道路交通中检测司机饮酒量为例,首次探索了多孔硅乙醇气体传感器在实际应用中的可行性。 最后,对多孔硅乙醇气体传感器的优缺点进行了分析总结,并对多孔硅的应用发展做出了展望。