基于QCM的二氧化碳氣體傳感器的性能研究.pdf

1、二氧化碳的大量排放已經(jīng)逐漸影響到了人們的正常生活，因此研究一種低成本、靈敏度高的二氧化碳氣體傳感器變得極為必要。薄膜型氣敏材料以其特有化學、物理性能以及優(yōu)良的表面特性在氣敏傳感器的發(fā)展方向上起到了主導作用。本文基于石英晶體微天平（Quartz Crystal Microbalance, QCM）器件，研究其氣敏機理，選用帶有豐富伯胺基的有機高分子材料聚乙烯亞胺作為制備二氧化碳薄膜傳感器的敏感材料，它具有制備簡單、成膜性好、靈敏度高的優(yōu)點

2、。此外，利用多種分析手段對其敏感機理進行深入研究并對薄膜敏感性能進行優(yōu)化，主要內(nèi)容表現(xiàn)為以下幾個方面：
　　(1)首先，以聚乙烯亞胺（PEI，Polyethyleneimine）作為單一氣敏材料，采用旋涂工藝在QCM上制備PEI敏感薄膜。研究不同濃度的PEI溶液通過不同旋涂工藝參數(shù)所成薄膜對器件性能的影響，選擇合適厚度的PEI薄膜制備參數(shù)。其次，利用多壁碳納米管（MWCNTs），氯化亞銅（CuCl）和淀粉（Starch），分別對P

3、EI進行微量摻雜并利用旋涂工藝制備PEI復合薄膜，檢測其對CO2的響應特性。最后，分別采用MWCNTs，淀粉和氧化錫（SnO2）作為支撐材料通過噴涂和旋涂工藝制備PEI分層膜QCM氣體傳感器，對比分析了分層膜對CO2氣敏響應的影響。
　　實驗結(jié)果表明，濃度為7.5mg/ml的PEI溶液通過旋涂工藝制備的敏感薄膜對的CO2氣敏響應性能較好。由于淀粉具有較強的吸濕性且水分子能夠促進胺基與CO2之間的化學反應，相對于PEI單層膜，摻雜了

4、2mg淀粉的PEI復合膜在室溫下對CO2氣敏響應性能更出色。比較具有支撐材料的PEI分層膜和PEI單層薄膜的氣敏性能差異，發(fā)現(xiàn)PEI-SnO2分層膜提高的傳感器的響應，并減小了響應回復時間。
　　(2)為了更好地解決環(huán)境因素對薄膜型傳感器造成的干擾這一問題，本文具體分析了濕度對PEI單層膜和PEI/Starch復合膜傳感器的影響，研究結(jié)果表明兩者對水分子均有一定的響應，且水分子的存在促進了薄膜材料與 CO2之間的響應，同時PEI/