【摘 要】
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金属氧化物半导体气体传感器在远程监测低浓度挥发性有机物气体方面发挥着举足轻重的作用,被广泛地应用到环保、医疗、工业生产等领域。在众多金属氧化物半导体气体传感器中,In2O3基气体传感器因电导率高、响应活性高、性能稳定等特点使其有巨大的发展空间。但纯In2O3传感器存在选择性差、响应温度高等问题,致使其满足不了实际应用的条件。为了优化In2O3基传感器的响应以及实现远程监测的目标,论文从优化气体传感
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金属氧化物半导体气体传感器在远程监测低浓度挥发性有机物气体方面发挥着举足轻重的作用,被广泛地应用到环保、医疗、工业生产等领域。在众多金属氧化物半导体气体传感器中,In2O3基气体传感器因电导率高、响应活性高、性能稳定等特点使其有巨大的发展空间。但纯In2O3传感器存在选择性差、响应温度高等问题,致使其满足不了实际应用的条件。为了优化In2O3基传感器的响应以及实现远程监测的目标,论文从优化气体传感器的敏感层方面入手,通过掺杂Zn、Sn离子,提高In2O3基气体传感器的性能,并且以远程监测低浓度乙醇气体为例,搭建了气体监测系统。主要工作内容如下:（1）以乙醇和甘油为溶剂,经煅烧分别制备了一系列掺杂不同比例的Zn2+和添加不同体积NaOH溶液的Zn/In2O3敏感层材料。各种表征结果表明,NaOH溶液的添加体积和Zn2+在In2O3体系中的掺杂量与Zn/In2O3的形貌和晶相密切相关,导致Zn/In2O3化合物对乙醇表现的气敏性能不同。气敏测试结果表明:在高湿环境下,对乙醇气体响应最好的样品是添加10 mlNaOH溶液制备的Zn/In2O3（1/1）,它在220℃对50 ppm乙醇的响应值保持在200左右,这比纯ZnO传感器或纯In2O3传感器对应的响应值高约10倍,并且与经XPS测试的Oabs含量的结果相符。同时,Zn/In2O3传感器在高湿度的环境中展示了良好的稳定性和选择性。（2）采用溶剂热法制备了多孔In2O3纳米带敏感层,并通过改变CTAB的添加量,来调控In2O3纳米带的比表面积的大小进而优化In2O3传感器件的性能。其中添加0.1g CTAB的In2O3在180℃对50 ppm甲醛的响应值为26.8,并且与未添加CTAB所制成的In2O3相比,其响应值提高了近5倍。（3）向破碎In2O3纳米棒中引入Sn粒子,制备出粗细不同的Sn/In2O3敏感层。经SEM分析可知,Sn4+的引入会使Sn/In2O3纳米棒从开裂状态依次向粗细不均匀、均匀态、破碎态转变。其中,掺杂5%Sn的Sn/In2O3传感器的敏感性能最佳,在220℃对50 ppm乙醇展现的响应值达28左右,并且它们呈现响应迅速、稳定性良好等特点。（4）以Zn/In2O3（1/1）传感器作为采集乙醇浓度的元件,结合机智云平台,完成对低浓度乙醇气体在线监测工作。以STM32F103RBT6作为数据核心处理模块,通过WiFi通信模块将Zn/In2O3（1/1）传感器探测到的乙醇数据信息传输至机智云平台上,实现数据的实时管理。文中制备敏感层的方法向制作超敏传感器的方向迈出了重要的一步,并且Zn/In2O3（1/1）传感器监测系统的测试结果表明:该气体监测系统在实现远程监测乙醇气体浓度方面有一定的应用价值。
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