球狀氧化鎢氣敏性能

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本次試驗(yàn)中對(duì)三個(gè)樣品的氣敏測(cè)試主要針對(duì)還原性氣體乙醇。眾所周知，在氣敏測(cè)試過(guò)程中，外界條件如溫度、濕度以及氣體濃度對(duì)氣敏原件的響應(yīng)有著極其重要的影響。因此，我們首先在一定氣體濃度和濕度下對(duì)三個(gè)樣品在150-400℃溫度范圍內(nèi)對(duì)乙醇?xì)怏w進(jìn)行了測(cè)試。不同溫度下S0, S1和S4對(duì)一定濃度的乙醇的響應(yīng)如圖4.8所示，從圖中可以看到，三個(gè)樣品在不同溫度下對(duì)乙醇?xì)怏w均有一定的響應(yīng)，并且在150-250℃溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高響應(yīng)值也隨之增加，但達(dá)到250℃的最合適溫度后，當(dāng)繼續(xù)增加溫度時(shí)，響應(yīng)值又開始降低。因此，本測(cè)試中所得的氣敏元件最佳工作溫度為250℃。通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)的計(jì)算，在250℃下，樣品S0, S1和S4的響應(yīng)值分別為12.20, 17.54和15.04，其中S1表現(xiàn)出最好的靈敏度。
在250℃時(shí)，三個(gè)樣品對(duì)乙醇?xì)怏w的動(dòng)態(tài)響應(yīng)一恢復(fù)曲線如圖4.9所示，經(jīng)過(guò)氣體的引入和釋放我們可以看到，釋放后三個(gè)樣品的電阻都能基本恢復(fù)到初始電阻。同時(shí)，從這個(gè)典型的呈“幾”字型響應(yīng)一恢復(fù)動(dòng)態(tài)曲線可以看到，三個(gè)樣品在250℃均對(duì)乙醇?xì)怏w表現(xiàn)出良好的響應(yīng)恢復(fù)性能。
該氣敏性能可以用目前最為廣泛的氣敏機(jī)理模型一一化學(xué)吸附、脫附模型來(lái)解釋。WO3納米材料對(duì)乙醇?xì)怏w的氣敏機(jī)理分析如第三章所述。三個(gè)樣品的氣敏性能差異主要?dú)w因于其形貌和結(jié)晶相的差異。SO主要是由不規(guī)則的納米片和納米顆粒組成，在實(shí)際應(yīng)用中，這些納米顆粒傾向于發(fā)生團(tuán)聚，嚴(yán)重影響了納米材料與檢測(cè)氣體的接觸面積。雖然納米片相互堆積容易形成氣體分子通道，但其中的納米顆粒也容易塞積在這些由納米片組成的通道，阻止表面的氣體分子向內(nèi)部擴(kuò)散。而對(duì)于S1樣品，其獨(dú)有的三維立體結(jié)構(gòu)能使樣品極不容易團(tuán)聚，另外S1中球狀結(jié)構(gòu)在燒結(jié)后聚集的納米塊變得松散，因此存在大量的空隙結(jié)構(gòu)。S4中片狀結(jié)構(gòu)上的縫隙和粗糙表面，這些都有利于其與檢測(cè)氣體的接觸和反應(yīng)，從而提高靈敏度。不同的結(jié)晶相對(duì)性能也有一定的影響，可能在一定程度上，S1和S4混合的單斜和六方的混合相比SO中純的六方相更合適于與被檢測(cè)氣體反應(yīng)。而S1和S4氣敏性能差異則很可能歸因于S1的更大比表面積以及S1中更有優(yōu)勢(shì)的單斜和六方相WO3的相對(duì)含量。

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