摘 要

现代社会的环境污染问题日益严重，诸多安全事故例如有危害的易燃易爆气体的泄漏以及煤矿事故等等让无数人失去了生命。为了能够使对影响环境质量的气体的检测过程更加便捷，科研工作者对于气体传感器的研究越来越多并取得了不错的进展，气体传感器的使用与需求量也愈来愈多。使用过程的便捷，灵敏度较高，测量的快速以及自动化，价格较低等优点是气敏传感器越来越受关注的原因之一。

本文引入了一个新的生产SnO2单层有序多孔薄膜与分散相表面气孔尺寸曲面的用于气体传感的陶瓷管的光化学方法。通过将聚苯乙烯微球胶体单层用作一个模板，SnO2壳微球和增长当模板球体在紫外线照射的条件下停在一个特定的位置。然后运用紫外灯照射以及烧结法的运用将聚苯乙烯微球去除，即可得到单层有序多孔的SnO2薄膜结构。由于此结构的单层及多孔结构使得材料的比表面积相对于常规的SnO2薄膜较大，因此可增加吸附氧数目，从而提高对乙醇，丙酮，苯等感应的灵敏性。

关键词：SnO₂气体传感器；光化学法；聚苯乙烯微球模板；

Abstract

Of modern society, the serious pollution of the environment problem of many safety accidents such as the leak dangerous flammable and explosive gas and coal mine accidents, and so on for millions of people lost their lives. In order to be able to make influence the environment quality of gas detection process more convenient, scientific research workers more and more on the study of gas sensors and made good progress, the use of gas sensor and the demand is also more and more. Using the process is convenient, high sensitivity, fast measurement and automation, low price advantage is one of the reasons for the gas sensor is more and more attention.

This paper introduces a new production orderly porous SnO₂ monolayer film and the surface of the dispersed phase surface blowhole size of ceramic tube photochemical method for gas sensing. By colloid monolayer polystyrene microspheres used as a template, SnO₂ as template sphere shell microspheres and growth under the condition of ultraviolet irradiation stopped at a specific location. Then use the use of ultraviolet lamp irradiation and sintering, remove polystyrene microspheres, obtains the single ordered porous SnO₂ thin film structure. Due to the structure of single layer and specific surface area of the porous structure makes material relative to the conventional SnO₂ thin film is larger, so the number can increase the absorption of oxygen, thus improve the ethanol, acetone, benzene and other sensor sensitivity.

Key words: SnO₂ gas sensor; Photochemical method; Polystyrene microspheres template;

目 录

第1章 绪论 1

1.1 气体传感器材料的定义及分类 1

1.2 金属氧化物半导体气体传感器研究 1

1.3 薄膜SnO₂研究进展 2

1.4 传感器的性能指标 3

1.4.1 传感器的制备 4

1.4.2 传感器的测试 4

1.4.3 传感器的评估 4

1.5 本文研究内容及意义 4

第2章 实验内容 6

2.1 实验材料 6

2.2 实验设备 6

2.2.1 自搭建的紫外灯装置 7

2.2.2 四通道气敏性能测试仪 7

2.2.3 KSY-1D-16温度控制器和SI2-25-406节能电阻炉 8

2.3 实验步骤 8

2.3.1 制备SnO₂传感器 8

2.3.2 传感器的表征 10

2.3.3 传感器的性能测试 10

第3章 实验结果与讨论 11

3.1 传感器SEM形貌分析 11

3.2 传感器气敏性能讨论 12

3.2.1测试分组及结果 12

3.2.2 Origin数据处理及分析 12

第4章 结论 15

参考文献 16

致 谢 17

第1章 绪论

1.1 气体传感器材料的定义及分类

当今社会人们的生活水平日益提高，随着天然气等的推广普及，热水器的应用，家居住房的结构气密性的提高，人们对有机材料的装饰使用的倾向，爆炸和中毒事件时有发生，在安全社区的建设中气敏传感器的位置越来越重要。经过数十年的材料研究与发展，半导体材料的气体传感器在易燃易爆气体，有毒气体及大气污染气体的检测中应用颇多。因此，加大对气体传感器的性能的开发研究从而制备有利于人们生活的气体传感器显得更加必要。

当用于检测的气敏传感器与待检测的气体接触时，气敏传感器会将气体吸收然后发生相互作用，随后气敏传感器的电阻率会发生改变，研究出来的气体传感器主要用来检测气体的种类和浓度，当某些气体与传感器相接触时，导致传感器的相应电学性质发生一定的变化，从而达到测量气体类别或者同一类比不同浓度的目的。

性质良好的气敏传感器应该具有高的灵敏性，选择性以及长期的稳定性等。目前在气体传感器中应用最为广泛的气敏材料是半导体金属氧化物。SnO₂是一种常见的半导体金属氧化物，因为其光电性能较好，而成为目前研究较深入，应用也较广泛的气敏材料，并广泛应用于太阳能电池，催化剂，锂离子电池以及光催化设备^[2]。低的成本，高的化学稳定性以及较低温度下的高灵敏性等优点使以SnO₂为基础材料的传感器倍受青睐。改善传感器的性能有望朝薄膜传感器的制备方向发展。大量的实验与研究表明薄膜气体传感器的性质与其制备方法密不可分。根据报道和文献，制备SnO₂薄膜气体传感器的方法被大量探究。其中主要包括：旋涂法，浸涂法，气溶胶沉积法及液流沉积法^[3]等。

1.2 金属氧化物半导体气体传感器研究

金属氧化物的电性质与点缺陷关系密切，因此想要研究金属氧化物与其所接触气体相互作用的机理等从而提升金属氧化物对气体检测的性能，加强对点缺陷的研究显得格外重要。当一部分原子离开其格点的位置时，会留下空位，这样的情况就造成了点缺陷的形成。大部分情况是金属原子空位或者氧原子空位。填隙原子的形成就像是氧填隙原子，金属填隙原子一样，离开格点位置的原子中，它们一部分会移动到正常格点的位置间隙，这样就形成了填隙原子。科研工作者发现，通过在材料中形成和控制点缺陷，往往可以使一些宽禁带绝缘体材料成为半导体材料^[4]。