汽车用SrTiO厚膜氧传感器研究

摘要

本文在研究了n型和p型掺杂SrTiO3氧敏材料敏感及导电机理的基础上，着重对SrTiO3材料进行了La和Nb的n型掺杂研究，并通过正交实验得出了n型掺杂的最佳配方。以固相合成法制备了n型掺杂和多种元素复合的p型掺杂SrTiO3氧敏元件：并对部分样品进行了贵金属Pd的表面修饰，考察了贵金属催化对SrTiO3氧敏材料响应速率的影响；同时还对SrTiO3粉体的溶胶一凝胶法制备工艺进行了初步研究；对样品制备所用氧化铝陶瓷基片的选择也进行了一些研究：此外，还通过实验对固相合成法制备元件的工艺进行了摸索，提出了一些改进方案，并制备出了性能较好的厚膜元件。 利用X光衍射(XRD)和扫描电子显微分析(SEM)等现代分析手段对所制备的样品进行了表征。XRD图谱显示，所制备的掺杂样品均形成了良好的钙钛矿结构；SEM图片显示，固相合成法所制备的样品表面呈多孔状，有利于气体分子的吸附，且材料的晶粒尺寸均匀，而溶胶一凝胶法制备的样品晶粒尺寸较大，且气孔少。 测试结果表明，n型掺杂的SrTiO3氧敏材料在灵敏度方面比p型掺杂具有明显的优势；Pd作为表面催化剂，对样品的响应速率有了显著的改善；溶胶一凝胶法可以制备出粒度较小的SrTiO3粉料，但是还不能用于厚膜氧传感器的制备；氧化铝陶瓷基片的纯度对样品的性能也有较大的影响，应选择纯度较高的99氧化铝陶瓷基片；所制备样品在阻值一温度系数方面仍需进一步改进。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

§1.1前言

§1.2车用氧传感器的工作原理

§1.3国内外的研究现状及趋势

第二章各类氧气传感器简介

§2.1 ZrO2氧气传感器

§2.1.1浓差电池型氧传感器

§2.1.2宽带型氧传感器

§2.2半导体电阻型氧传感器

§2.2.1二氧化钛氧传感器

§2.2.2钙钛矿系氧化物氧传感器

第三章 SrTiO3氧气传感器的性能指标及其影响因素

§3.1 SrTiO3氧敏材料的灵敏度

§3.1.1纯净SrTiO3的灵敏度特性

§3.1.2掺杂对于SrTiO3灵敏度的影响

§3.2响应速率特性

§3.2.1决定SrTiO3氧敏材料响应特性的因素

§3.2.2改善SrTiO3氧敏材料响应速率的措施

§3.3阻值—温度系数特性

第四章SrTiO3氧敏元件的制备与表征

§4.1 SrTiO3氧敏材料的制备

§4.1.1固相合成法

§4.1.2溶胶—凝胶法(Sol--Gel法)

§4.1.3配方的确定

§4.2 SrTiO3氧敏元件的制作

§4.3 SrTiO3氧敏元件的表征

§4.3.1 XRD的物相分析

§4.3.2 SEM的微观分析

第五章 样品的测试及数据分析

§5.1样品的测试系统

§5.2样品的测试数据及分析

§5.2.1 n型掺杂的可能性验证及n型配方选择

§5.2.2贵金属pd表面修饰对提高响应速率的作用

§5.2.3 n型掺杂与p型掺杂样品性能的比较

§5.2.4溶胶—凝胶法制备厚膜氧传感器的可行性

§5.3氧化铝基片对样品性能及测试结果的影响

§5.3.1氧化铝基片的成分分析

§5.3.2高温下氧化铝基片阻值的测试

结论

致谢

参考文献

作者在读期间的研究成果