低浓度丙酮气敏元件应用及研究进展

1、低浓度丙酮气敏元件的应用及研究进展 电子科学与技术 杨志明 一、研究背景和意义一、研究背景和意义 丙酮是一种常温常压下具有特殊芳香气味的易挥发性无色透 明液体。作为一种常见有机溶剂,丙酮广泛应用于涂料、农药、医 药等领域。但同时丙酮也是一种易燃、易爆、有毒的有机液体,其 燃点为465 ,最易引燃浓度为4.5%,而且丙酮蒸汽与空气能形成 爆炸性混合物,爆炸界限为2.6% 12.8%,产生最大爆炸压力的浓 度为6.3%。因此一旦发生丙酮泄露,很容易引发安全事故。 目前市场上的用于丙酮气体检测的传感器多为广谱型的敏感 器件，不仅能检测丙酮气体，还能用于检测其他多种气体。而高 选择性的、高灵敏度的专用

2、丙酮传感器报道较少，因此开发专用 丙酮蒸汽传感器具有很好的实用价值和应用前景。 二、丙酮气敏元件的研究现状和进展二、丙酮气敏元件的研究现状和进展 1. 现状： 目前以氧化物作为丙酮蒸气的敏感材料的研究主要集中在掺杂 ZnO、SnO2、Ga2O3、CeO2、SrTiO3、NiO、CdIn2O4等材料, 其中掺杂后得到的WO3-ZnO和MoO3-ZnO在测量温度为500 时,对浓度为20ppm的丙酮气体的灵敏度可以达到60左右,响应时 间不长于30秒,恢复时间在20秒之内。 CdIn2O4在工作温度为 350时,对1000ppm的丙酮气体的灵敏度达到6左右,响应恢复时 间分别为10秒和15秒。经过

3、Eu2O3修饰后的SnO2薄膜,在185工 作对于1000ppm的丙酮气体的灵敏度为8以上。 2. 进展： 要提高 ZnO薄膜对丙酮的灵敏度，可掺杂适量的TiO2或 SnO2 经过 700 退火后的样品对丙酮有很高的灵敏度和很好 的选择性，且响应恢复时间短，响应时间2s，恢复时 间3s，最佳工作温度为220 。证明退火工艺对薄膜质 量有非常重要的影响。退火可以使薄膜出现相应的晶向 和晶型的变化，有利于薄膜气敏特性的提高。同时为了 提高元件对丙酮的灵敏度，实验对 ZnO薄膜进行了不同 金属氧化物的掺杂。发现：相对于纯的 ZnO薄膜元件， 掺杂 TiO2或 SnO2后的样品，对丙酮的灵敏度得到了提

4、 高，但是最佳工作温度也有所提高；而掺杂了 Al2O3或 CuO的样品对丙酮的气敏特性有所降低。 三、应用三、应用 丙酮气敏材料可以选择性地对丙酮气体进行响应， 可以根据丙酮气体浓度与灵敏度之间的近似直线关系计 算出待测丙酮气体浓度。可以对工作和生活环境中的丙 酮气体浓度进行监测，还可以对人体呼出气中的丙酮浓 度进行实时监测,为真正实现无损伤诊疗糖尿病提供可靠 的科学依据。 采用直流磁控溅射法制备SnO2掺杂的TiO2薄膜,700 退火后得到对丙酮具有良好选择性和灵敏度的气敏元件。将 具有ARM 7内核的LPC 2131作为微控制器,设计测量丙酮气 体浓度的测试电路。当外界气体浓度发生变化时,采样电路测 量出气敏元件的电阻值,然后经过微控制器LPC 2131处理、 分析后,通过nRF905无线收发模块来实现系统的数据传输。