论文部分内容阅读
作为检测环境中有害气体的方法之一,电化学气体传感器具有功耗低、线性好等优势。传统电化学气体传感器以水溶液为电解液,存在着体积大、漏液等问题。胶体电解液以凝胶状态有可能为传感器的小型化、阵列化带来机会,而目前有关这方面的的报道较少。本文考察了形成稳定凝胶的条件、气体扩散电极的表征、凝胶电解液对气体传感器性能的影响和优化条件下制作的CO和H2S气体传感器的性能。本文考察了形成稳定凝胶电解液的组成含量范围。选取气相二氧化硅（Si O2）的质量百分含量范围为4%～7.2%,H2SO4和H2O的质量比范围为31:69～38:62,聚乙烯醇（PVA）的质量百分含量为0.005%,以此能制备形成稳定的凝胶电解液,同时发现其保水能力是优于水系电解液的。本文利用SEM考察发现了该传感器的气体扩散电极是由亲水性催化剂和憎水性材料颗粒组成的,催化剂颗粒粒径为纳米级,分布均匀、密集,能形成较好的相连通的薄液膜,同时电极表面间隔分布的粒径较大的憎水颗粒给气体到达催化剂表面提供了大量通道,从而有利于形成气-液-固三相反应区。本文考察了胶体电解液的组成和外界环境条件对传感器性能的影响。在研究范围内,随着Si O2含量的增加,传感器的灵敏度先升后降;随着硫酸含量的增加,传感器的灵敏度随之增大;向胶体电解液中添加0.005%的PVA有利于提升传感器的灵敏度和稳定性。由上述可得,CO和H2S气体传感器的灵敏度都存在着一个最大值,分别为96.3 n A/ppm、1617.3n A/ppm。随着目标气体浓度增加,响应电流随之增大,但其灵敏度基本不变,同时其输出电流与气体浓度成线性关系。随着环境温度的升高,传感器的灵敏度随之增大;与Alphasense电化学气体传感器相比,当温度低于10℃时,该传感器的灵敏度受温度影响较大,而当高于10℃时,其影响较小。在短时间被置于0%～68%的湿度环境中,该传感器的性能受到影响的程度很小。结合考虑胶体电解液的凝胶时间、粘度和稳定性以及电化学传感器的生产需求,本文优化了胶体电解液的组成,其质量组成为:4.8%Si O2,酸水质量比为38:62,0.005%PVA。以此制作而成的传感器对200 ppm的CO气体的灵敏度为79.5 n A/ppm左右,对50 ppm的H2S气体的灵敏度为1183 n A/ppm左右。经过综合考量,与同类型的Alphasense电化学气体传感器相比,这两种气体传感器的性能与之相近,故该传感器具有一定的应用前景。