用富集方法提高气敏元件对甲醛的响应

摘要

针对半导体气体传感器对较低浓度甲醛响应小的问题，本文采用预富集方法，先将低浓度甲醛用吸附剂富集，测量时加热吸附剂使富集的甲醛瞬间放出，在不改变输入的甲醛浓度的情况下，提高了半导体气敏元件对甲醛的响应。主要研究内容如下：
　　 ⑴介绍了SnO2气敏元件的制作过程，并测试了其基本气敏特性。SnO2对甲醛气体的最佳工作温度为265℃，气敏元件的电阻随着工作温度的升高先降低后升高再降低，对甲醛的响应随着甲醛浓度的升高而增大。
　　 ⑵研究了吸附相关理论，组建了由吸附管、吸附剂、加热丝、热电偶、不锈钢丝网和稳压电源组成的富集装置；并采用升温与气体吹扫相结合的方法来完成甲醛的解吸。
　　 ⑶研究了不同实验条件对富集效果即气敏元件对甲醛响应度的影响，包括脱附温度、气体流量、吸附时间、活性炭填充长度、活性炭填充高度、吸附管直径、活性炭性质及改性处理等。得到的最佳实验条件为：吸附剂的脱附温度为200℃，吸附时间应该控制在15min以内，气体流量为500sccm，吸附管直径为11mm，活性炭的填充长度为17cm，活性炭的填充高度为吸附管直径的2/3。普通活性炭的富集效果最好，快活林活性炭次之，碳纳米管最差，分别对快活林活性炭进行了超声波和酸碱改性处理，超声波法改性后的活性炭富集效果稍好于未改性的活性炭，酸碱法改性处理的活性炭的效果最差。最后分别比较了自制SnO2气敏元件和费加罗TGS2602气敏元件在采用富集方法前、后对甲醛的响应，自制SnO2气敏元件对10ppm甲醛富集前后的响应分别为1.8和10.8；费加罗TGS2602元件对10ppm甲醛富集前后的响应分别为1.6和4，说明富集方法的确在提高半导体气敏元件对气体响应方面得到很好效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 甲醛的危害及研制甲醛气体传感器的意义

1.2 甲醛测定方法及发展

1.3 半导体甲醛气体传感器研究概况

1.4 富集方法及其应用

1.5 本文的主要工作

2 SnO2气敏元件制作及测试

2.1 气敏元件的制备

2.2 气体测试系统

2.3 气敏元件测试方法

2.4 气敏元件最佳工作温度测试

2.5 气敏元件电阻温度特性

2.6 气敏元件甲醛的响应曲线

2.7 响应恢复时间

2.8 本章小结

3 富集的基本原理和富集装置的组建

3.1 吸附概念

3.2 吸附剂

3.2.1 吸附剂的性能要求

3.2.2 常用吸附剂

3.2.3 吸附质从活性炭中脱附方法

3.3 活性炭的吸附

3.3.1 活性炭的吸附机制

3.2.2 影响气体吸附的因素

3.4 富集装置组建

3.4.1 吸附管的制备

3.4.2 热解吸装置

3.5 本章小结

4 富集在提高气敏元件响应中的应用

4.1 富集实验测试方法

4.2 活性炭最佳脱附温度测定

4.3 富集时间对富集效果的影响

4.4 气体流量对富集效果影响

4.5 活性炭填充对富集效果的影响

4.6 不同吸附管直径对富集效果影响

4.7 不同吸附剂对富集效果影响

4.8 富集前后气敏元件对甲醛的响应比较

4.9 活性炭的改性在富集中的应用

4.10 费加罗TGS2602测试结果

4.11 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢