聚苯胺滲透納米孔Al2O3修飾硅基傳感器及氣敏特性研究.pdf

1、人們逐漸認(rèn)識(shí)到室內(nèi)空氣污染有時(shí)比室外更會(huì)危害人體健康，如何采取安全預(yù)警措施避免事故發(fā)生已成為當(dāng)今國(guó)家和社會(huì)十分關(guān)注的安全問(wèn)題。目前，室內(nèi)污染氣體的檢測(cè)方法有很多，其中，傳感器法具有使用簡(jiǎn)單，除維修校正外，無(wú)需操作可直接讀數(shù)，無(wú)需專業(yè)人員操作，適用于在線檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的傳感器因缺乏集成和嵌入功能，已無(wú)法滿足系統(tǒng)匹配的需求，而MEMS傳感器的高度集成化和兼容性為解決這一問(wèn)題帶來(lái)希望。
　　MEMS傳感器以

2、硅基芯片為研究熱點(diǎn)，目前的硅基MEMS傳感器以壓力、加速度、位移等物理量傳感器為主。而對(duì)于化學(xué)量傳感器而言，硅基上需要沉積敏感材料，由于硅基的表面光滑，使之與敏感材料的親和性較差，造成敏感材料的附著結(jié)合性能較低，影響傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，成功的案例還很少。因此，開展適用于毒氣檢測(cè)的化學(xué)量傳感器的硅基芯片材料及微加工技術(shù)研究是很有必要的。
　　本文針對(duì)硅基表面光滑,不易與氣敏材料親和，提出在硅基底上引入中間層納米孔氧化鋁膜形成新型

3、硅基微結(jié)構(gòu)傳感器，通過(guò)ANSYS有限元仿真方法驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的合理性;開展基于鋁膜的陽(yáng)極氧化工藝，將納米孔氧化鋁膜移植到硅基表面:以聚苯胺與金屬氧化物為源物質(zhì)，采用原位化學(xué)聚合方法合成聚苯胺/無(wú)機(jī)物復(fù)合材料，通過(guò)理化分析手段進(jìn)行表征;通過(guò)微加工工藝、薄膜工藝、電化學(xué)陽(yáng)極氧化工藝、溶膠凝膠工藝、焊接工藝等制成MEMS氣體傳感器，分別以苯蒸汽、氨氣和甲醛作為檢測(cè)對(duì)象，進(jìn)行了性能測(cè)試和分析，同時(shí)對(duì)其敏感機(jī)理進(jìn)行探討。研究的主要內(nèi)容如下:
　　

4、1.設(shè)計(jì)新型硅基微結(jié)構(gòu)芯片。在硅基微結(jié)構(gòu)中引入一層納米孔氧化鋁膜中間層，利用其表面的多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，增加基底與敏感材料之間的附著性。根據(jù)微加熱器、信號(hào)電極和納米孔氧化鋁層的位置不同，設(shè)計(jì)四個(gè)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)微熱板的具體結(jié)構(gòu)和尺寸，利用ANSYS有限元方法仿真計(jì)算各個(gè)方案中微結(jié)構(gòu)的溫度分布，根據(jù)仿真結(jié)果和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度選出最佳方案。
　　2.進(jìn)行聚苯胺/無(wú)機(jī)物復(fù)合敏感材料的合成及特性研究。聚合物/無(wú)機(jī)復(fù)合材料可在低溫下使用，既

5、可以發(fā)揮高分子聚合物氣敏材料具有針對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男?、修飾、設(shè)計(jì)合成的特點(diǎn)，又可以綜合無(wú)機(jī)材料的氣敏響應(yīng)特性，在一定程度上改善傳感器的選擇性、靈敏度、穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)。研究聚苯胺/無(wú)機(jī)物復(fù)合敏感材料合成及改性過(guò)程，通過(guò)掃描電鏡、紫外可見(jiàn)光光譜、差熱失重等理化分析手段對(duì)敏感材料進(jìn)行表征分析，確定其工藝正確性及最終產(chǎn)物的基本特性。
　　3.研究基于鋁膜的陽(yáng)極氧化工藝以及介孔內(nèi)生長(zhǎng)有機(jī)半導(dǎo)體的方法。在硅基底上通過(guò)磁控濺射和真空蒸發(fā)

6、法制備鋁膜，并通過(guò)電化學(xué)陽(yáng)極氧化的方法制備成納米孔氧化鋁膜;研究鋁膜成膜技術(shù)，電化學(xué)拋光、電解液種類和濃度、鋁膜形成的方法等對(duì)納米孔氧化鋁膜的影響，以及納米孔氧化鋁膜的形成機(jī)理;通過(guò)溶膠凝膠法在納米孔氧化鋁膜表面形成敏感材料薄膜，并探討形成機(jī)理。
　　4.硅基微結(jié)構(gòu)傳感器的制備及測(cè)試。采用Fe/Cr/Al-Ni/Cr合金取代Pt電阻作為新的加熱器材料，研究其制備工藝及加熱特性。以半導(dǎo)體微加工工藝、薄膜工藝和電化學(xué)陽(yáng)極氧化工藝為依托