丙酮气敏性能的研究

(重庆师范大学 重庆 401331)



丙酮气敏性能的研究

侯能

(重庆师范大学重庆401331)

目前气敏传感器在监测丙酮气体领域类有许多同行的研究，古彦飞等人[7]通过溶胶凝胶法制备ZnO基丙酮敏感材料并研究其对丙酮气体的灵敏度，工作温度为500℃时灵敏度可达到60，且研究了影响氧化物半导体丙酮气敏性能的几个因素；Sara S.等人利用水热和溶胶凝胶技术来制备MWCNTs/SnO2的纳米复合材料，研究对比得到当MWCNTs的复合量为0.05wt%时，传感器在200℃的工作温度下对2.5ppm的干燥丙酮气体氛围中的灵敏度为552，是其在85%RH潮湿空气中的4.6倍，响应恢复时间分别为2min和13min等等。笔者做了以下两个两个研究，望同行朋友们多多指正。

一、不同热处理温度下SmFeO3粉体对5ppm丙酮的气敏特性

图1为不同热处理温度下SmFeO3气敏元件对5ppm丙酮的灵敏度与工作温度的关系曲线。从图中可以看出，当工作温度为190℃时经1000℃热处理的SmFeO3气敏元件对丙酮气体表现出最高的灵敏度为36，而其余两个热处理温度下的SmFeO3气敏材料对丙酮的灵敏度明显低于1000℃的气敏材料，所以选择热处理温度为1000℃的SmFeO3气敏材料，通过与SWCNTs的复合来进一步提高其对丙酮的气敏性能。

图1 不同热烧结温度下SmFeO3气敏元件对5ppm丙酮灵敏度-工作温度曲线

二、SWCNTs-SmFeO3气敏材料对不同浓度丙酮的气敏性研究

图2是在丙酮的最佳工作温度180℃时，四个复合元件对不同浓度的丙酮气体灵敏度-温度曲线关系图，SWCNTs改性SmFeO3气敏材料是一种P型半导体，所以灵敏度随气体浓度的增加而增大，基本上呈线性增加的趋势，当丙酮浓度达到80ppm时，气灵敏度随浓度变化的趋势变得平缓，当达到了吸附与解吸的平衡时，该气敏元件达到了对丙酮气体灵敏度得最大值，此时，元件对丙酮分子的吸附已经达到饱和状态，电阻变化则趋于稳定值，此曲线说明该元件可以对低浓度的丙酮气体进行实时监测。

图2 SWCNTs——SmFeO3(X=0.5%～1。25%)气敏材料气敏元件对不同浓度丙酮气体的灵敏度

三、SWCNTs改性SmFeO3气敏材料对10ppm丙酮的响应恢复特性研究

图3是复合量X=1%在240℃的工作温度下，对10ppm丙酮气体的响应——恢复时间曲线。当气敏元件置身于10ppm丙酮气氛中时，在颗粒表面发生气氛反应，使得气敏元件的电阻值不断加大，大约在190s时，元件的电阻值趋于平衡，此时，打开玻璃罩，让元件脱离被测气体，置于空气氛围之中，此时丙酮气体逐渐脱离材料颗粒表面，紧接着出现的变化就是元件的电阻值慢慢降低，在340s处元件的电阻值恢复稳定。所以，该气敏元件的响应时间是190s和恢复时间是50s，说明该气敏材料的响应恢复特性不佳，工作效率较低，应该在今后的研究工作中对这一方面进行深入的探索以提高这类气敏元件的工作效率。

图3 SWCNTs——SmFeO3(X=1%)气敏元件响应-恢复时间曲线

四、小结

1.复合比例为1%的SWCNTs——SmFeO3气敏材料在200℃时出现了对丙酮气体的最高灵敏度38.9，说明1%的复合比例是最适合SmFeO3的复合比例，对比复合前的纯相SmFeO3气敏材料，复合后的气敏材料不仅降低了工作温度，而且提高了该材料对丙酮气体的灵敏度；

2.对复合比例X=1%的气敏元件样品在200℃下进行响应恢复特性曲线的测定，待测气氛为10ppm的丙酮，其响应恢复时间分别为190s和50s，说明该气敏材料的响应恢复时间比较大，工作效率比较低，应该作进一步的研究以待提高其工作效率，同时对低浓度下的丙酮气体也有一定的响应，有望被开发利用来对现实生活中丙酮气体的实时监控。

侯能(1988.03-)，男，硕士研究生，重庆师范大学，研究方向：文物与博物馆学。