【摘 要】
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由于人体呼出气体中的丙酮气体可以作为糖尿病的重要生理标志物,因此对呼气分析式丙酮检测技术实现快速区分健康与患病人群提出了新的要求。其中MOS型气体传感器具有制备工艺简单、成本低廉、体积小和稳定性高的优点,适合应用于微型化、在线快速检测的设备中,是发展相关高性能医疗器械技术的关键。其中三氧化钨气敏材料由于具有制备工艺简单和气敏性能良好等优点在气体检测方面具有很大的前景;钌负载的三氧化钨明显提高了对丙
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目（61501167）； 天津市自然科学基金（15JCYBJC52100）；
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由于人体呼出气体中的丙酮气体可以作为糖尿病的重要生理标志物,因此对呼气分析式丙酮检测技术实现快速区分健康与患病人群提出了新的要求。其中MOS型气体传感器具有制备工艺简单、成本低廉、体积小和稳定性高的优点,适合应用于微型化、在线快速检测的设备中,是发展相关高性能医疗器械技术的关键。其中三氧化钨气敏材料由于具有制备工艺简单和气敏性能良好等优点在气体检测方面具有很大的前景;钌负载的三氧化钨明显提高了对丙酮的气敏性能,成为检测丙酮气体的重要选择。本论文中通过在钌负载的三氧化钨材料表面继续负载金属元素,改善传感器对丙酮气体的灵敏度和选择性,提高其抗干扰能力。本论文中采用热分解法制备了载体三氧化钨材料,利用母液法制备了钌负载的三氧化钨和金属负载的钌-三氧化钨材料,通过丝网印刷技术制备了平面厚膜型气敏传感器。通过XRD、SEM、TEM、XPS和TPR等表征手段对三氧化钨和金属负载的三氧化钨进行了表征分析,通过气敏传感器动态测试系统表征测试了传感器对丙酮的气敏响应能力,以及传感器在长时间工作环境下的稳定性分析,利用传感器阻值与氧分压在不同环境下的关系对传感器对丙酮的增敏机理进行探究。结果表明制备得到的WO3纳米材料属于单斜晶相,具有较大的介孔结构,负载金属之后没有改变WO3纳米颗粒的表面形貌和介孔结构,不同金属在WO3表面呈现不同的化学状态。气敏测试结果显示负载金属明显提高了传感器对丙酮的气敏响应性能,改善了传感器的抗干扰能力。随着负载量的增加传感器对丙酮的气敏响应性能表现为先增加后减小的趋势;其中传感器的气敏性能也受到工作温度的影响,随着工作温度的增加对于WO3表现为增强,对于金属改性的WO3表现为先增强后降低;传感器在长时间工作条件下具有良好的稳定性。金属负载WO3之后对丙酮的气敏响应机制发生了改变,Pt/Ru-WO3表面PtO2与WO3形成p-n结延伸了空间电荷区,同时Pt纳米粒子与丙酮发生氧化还原反应达到了传感器增敏效果;Rh/Ru-WO3表面Rh2O3与WO3之间的电子耦合作用促进了传感器的气敏响应性能。金属负载的Ru-WO3提高了对丙酮的气敏响应性能,改善了其抗干扰能力,为其进一步应用于呼气分析式丙酮系统提供了理论和现实指导。
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