纳米SrTiO3氧敏材料测试系统搭建及性能研究

摘要

随着社会经济的迅速发展，氧传感器在人类生产和生活中的应用越来越广、重要性越来越高。根据工作温度，氧传感器主要分为高温（700-1000℃）、中温（300-500℃）及低温（室温-100℃）氧传感器。目前，中低温氧传感器主要是以离子导电为主的ZrO2和电子导电为主的TiO2氧传感器为主。由于离子导电的ZrO2氧传感器造价高且响应时间长，TiO2材料存在三种晶型以至影响了器件性能的稳定性及使用寿命，都不是理想的中低温氧传感器材料。SrTiO3由于其结构及性能稳定受到广泛关注，其氧敏性能研究主要在高温区（700-1000℃），中低温氧敏性能还未进行广泛研究。
　　本论文利用LabVIEW软件工具开发出了一整套氧敏性能的测试体系，在此基础上对纳米SrTiO3材料的中低温氧敏性能进行研究，具体为：
　　(1)利用各种仪器和硬件，搭建了一个完善的氧敏材料性能测试系统，利用LabVIEW开发平台编写了一款功能齐全测试程序，实现了电脑对仪器或硬件的直接控制。
　　(2)利用高能球磨法合成了纳米SrTiO3材料，并对材料进行了微观分析和热稳定性分析，获得了纳米量级（27nm）、热稳定性良好的SrTiO3粉体。
　　(3)对合成的纳米 SrTiO3粉体在建立好的测试系统的基础上进行氧敏性能测试，得知材料较佳工作温度为75℃、导电类型为电子导电类型，该温度远低于传统半导体氧敏工作温度（T>300℃）；响应时间达秒量级（20s），远低于传统的低温氧敏传感器的响应时间（分钟量级）。
　　(4)对合成的纳米SrTiO3粉体进行阻抗频率测试和机理分析，获得了不同温度、不同氧浓度材料晶界、晶粒内部的变化性能。
　　(5)通过SrTiO3氧敏性能的研究，验证了所设计氧敏性能测试系统实现了不同温度及不同浓度材料的灵敏度及响应时间等性能测试（I-V特性）和不同温度及不同浓度材料的阻抗频率特性测试，且测试系统具有稳定性、抗干扰能力等优点。

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第一章 引言

1.1 背景

1.2 目标

1.3 论文结构

第二章 文献综述

2.1 测试体系

2.2 SrTiO3氧敏材料

2.3 SrTiO3材料的合成

2.4 性能测试

第三章 氧敏材料性能测试系统搭建

3.1 测试系统模型

3.2 硬件及仪器

3.3 软件控制

3.4 程序界面及功能介绍

3.5 小结

第四章 SrTiO3氧敏材料性能测试研究

4.1 材料合成及微观分析

4.2 热稳定性

4.3 氧敏性能

4.3 机理分析

4.4 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

附录A

参考文献

致谢

作者简介

1.基本情况

2.教育背景

3.攻读硕士学位期间的研究成果