基于石墨烯修饰半导体金属氧化物复合材料的气敏特性研究

发布时间：2025-06-20 00:19

　　气体传感器在安全生产、食品加工、环境保护和医疗诊断等领域均具有广泛的应用。其中,基于半导体金属氧化物的气体传感器因其灵敏度高、成本低、测量对象广和便携性好等优点一直是该领域的热点研究方向。随着人们环保意识的不断增强,各项检测指标的提升对传统的半导体金属氧化物气体传感器提出了更新的挑战。除了常见的指标如响应值、响应恢复特性及选择性之外,气体传感器的最佳工作温度和长期稳定性开始受到普遍的重视。因此,开发低温甚至室温下长期稳定工作的气体传感器已经成为新的科研方向。我们梳理发现,提升半导体金属氧化物气体传感器性能的方法主要包括改善材料的微观形貌（多孔结构、分等级结构等）和材料的修饰改性（异价离子掺杂、不同金属氧化物复合和贵金属担载等）。然而,这类方法通常注重敏感材料对待测气体响应值这一单一指标的提升,忽视了这种提升有时甚至建立在传感器工作温度的升高上。在过高的温度下,半导体金属氧化物的晶粒会发生聚集,严重影响气体传感器的稳定性。石墨烯具有良好的电学特性,石墨烯的引入往往能够通过提升半导体金属氧化物的电学性能,从而在很大程度上降低传感器的工作温度,这为我们设计低温甚至室温下工作的气体传感器提供了巨...

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【部分图文】：

图1.1半导体金属氧化物基气体传感器的分类Fig.1.1TheclassificationofSMO-basedgassensors

SnO2的修饰提升了其响应值。其后的1968年，NaoyoshiTaguchi博士所在的费加罗公司推出了第一支名为“TGS（TaguchiGasSensor）”的商用SMO气体传感器。该传感器主要应用于燃气泄漏的报警装置中，并因其优异的性能畅销海外。此后，在初....

图1.2旁热式气体传感器器件结构

图1.2旁热式气体传感器器件结构Fig.1.2Thedevicestructureoftheside-heatedgassensor1.2.3半导体金属氧化物基气体传感器的主要参数（1）最佳工作温度（Optimalworkingtemperature）....

图1.3N型半导体金属氧化物的负电荷吸附

图1.3N型半导体金属氧化物的负电荷吸附Fig.1.3ThenegativechargeadsorptionofN-typeSMOs我们以N型SMO材料为例，以最理想的单晶颗粒开始讨论。对不同的目标气体分子，其分别具有不同大小的电子亲和能（Elect....

图1.4N型半导体金属氧化物的（a）电子核-壳结构图，（b）与还原性气体反应的气敏机理图

吉林大学博士学位论文结了前期敏感机理的研究成果，以N型和P型半导体敏感机理的差别为重出了理论模型。在空气中，O2分子从氧化物表面抽取电子形成氧负离子，个晶粒中便形成了“电子核壳结构”。对N型半导体而言，电子为其主要流子，如图1.4（a）所示，当表面电子被O2分子抽....

本文编号：4051140