丙酮氣敏性能的研究

(重慶師范大學 重慶 401331)

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丙酮氣敏性能的研究

侯能

(重慶師范大學重慶401331)

目前氣敏傳感器在監測丙酮氣體領域類有許多同行的研究，古彥飛等人[7]通過溶膠凝膠法制備ZnO基丙酮敏感材料并研究其對丙酮氣體的靈敏度，工作溫度為500℃時靈敏度可達到60，且研究了影響氧化物半導體丙酮氣敏性能的幾個因素；Sara S.等人利用水熱和溶膠凝膠技術來制備MWCNTs/SnO2的納米復合材料，研究對比得到當MWCNTs的復合量為0.05wt%時，傳感器在200℃的工作溫度下對2.5ppm的干燥丙酮氣體氛圍中的靈敏度為552，是其在85%RH潮濕空氣中的4.6倍，響應恢復時間分別為2min和13min等等。筆者做了以下兩個兩個研究，望同行朋友們多多指正。

一、不同熱處理溫度下SmFeO3粉體對5ppm丙酮的氣敏特性

圖1為不同熱處理溫度下SmFeO3氣敏元件對5ppm丙酮的靈敏度與工作溫度的關系曲線。從圖中可以看出，當工作溫度為190℃時經1000℃熱處理的SmFeO3氣敏元件對丙酮氣體表現出最高的靈敏度為36，而其余兩個熱處理溫度下的SmFeO3氣敏材料對丙酮的靈敏度明顯低于1000℃的氣敏材料，所以選擇熱處理溫度為1000℃的SmFeO3氣敏材料，通過與SWCNTs的復合來進一步提高其對丙酮的氣敏性能。

圖1 不同熱燒結溫度下SmFeO3氣敏元件對5ppm丙酮靈敏度-工作溫度曲線

二、SWCNTs-SmFeO3氣敏材料對不同濃度丙酮的氣敏性研究

圖2是在丙酮的最佳工作溫度180℃時，四個復合元件對不同濃度的丙酮氣體靈敏度-溫度曲線關系圖，SWCNTs改性SmFeO3氣敏材料是一種P型半導體，所以靈敏度隨氣體濃度的增加而增大，基本上呈線性增加的趨勢，當丙酮濃度達到80ppm時，氣靈敏度隨濃度變化的趨勢變得平緩，當達到了吸附與解吸的平衡時，該氣敏元件達到了對丙酮氣體靈敏度得最大值，此時，元件對丙酮分子的吸附已經達到飽和狀態，電阻變化則趨于穩定值，此曲線說明該元件可以對低濃度的丙酮氣體進行實時監測。

圖2 SWCNTs——SmFeO3(X=0.5%～1。25%)氣敏材料氣敏元件對不同濃度丙酮氣體的靈敏度

三、SWCNTs改性SmFeO3氣敏材料對10ppm丙酮的響應恢復特性研究

圖3是復合量X=1%在240℃的工作溫度下，對10ppm丙酮氣體的響應——恢復時間曲線。當氣敏元件置身于10ppm丙酮氣氛中時，在顆粒表面發生氣氛反應，使得氣敏元件的電阻值不斷加大，大約在190s時，元件的電阻值趨于平衡，此時，打開玻璃罩，讓元件脫離被測氣體，置于空氣氛圍之中，此時丙酮氣體逐漸脫離材料顆粒表面，緊接著出現的變化就是元件的電阻值慢慢降低，在340s處元件的電阻值恢復穩定。所以，該氣敏元件的響應時間是190s和恢復時間是50s，說明該氣敏材料的響應恢復特性不佳，工作效率較低，應該在今后的研究工作中對這一方面進行深入的探索以提高這類氣敏元件的工作效率。

圖3 SWCNTs——SmFeO3(X=1%)氣敏元件響應-恢復時間曲線

四、小結

1.復合比例為1%的SWCNTs——SmFeO3氣敏材料在200℃時出現了對丙酮氣體的最高靈敏度38.9，說明1%的復合比例是最適合SmFeO3的復合比例，對比復合前的純相SmFeO3氣敏材料，復合后的氣敏材料不僅降低了工作溫度，而且提高了該材料對丙酮氣體的靈敏度；

2.對復合比例X=1%的氣敏元件樣品在200℃下進行響應恢復特性曲線的測定，待測氣氛為10ppm的丙酮，其響應恢復時間分別為190s和50s，說明該氣敏材料的響應恢復時間比較大，工作效率比較低，應該作進一步的研究以待提高其工作效率，同時對低濃度下的丙酮氣體也有一定的響應，有望被開發利用來對現實生活中丙酮氣體的實時監控。

侯能(1988.03-)，男，碩士研究生，重慶師范大學，研究方向：文物與博物館學。