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納米氣敏材料比表面積分析

 更新時間:2015-04-30 點擊量:2032


隨著科學技術的發展,對各種氣體尤其是可燃性氣體和毒性氣體的檢測監控,已成為當前工業、民用、國防、運輸等領域急需解決的問題。納米氣敏材料的研究對提高氣敏材料的靈敏度、選擇性和長期穩定性,以及如何降低工作溫度和縮短相應溫度、時間等方面起著無法替代的推動作用。

目前國內外對于各種氣體的檢測主要還是針對氫氣、硫化氫、碳氫化合物、氮氧化合物、氨氣、乙醇、液化石油氣(LPG)、管道煤氣等還原性氣體和有毒氣體為主,應用較為廣泛的氣敏材料主要有SnO2ZnOSiO2TiO2Fe2O3、WO3等金屬氧化物,另外復合氧化物作為固體電解質也得到很好的應用。由于傳統的SnO2等氣敏元件功耗大、靈敏度低、選擇性差,人們一直在努力探索用新的方法解決這些問題。

納米晶粒由于尺寸小,金屬費米能級附近的電子能級由準連續變為離散能級、能隙變寬,其特別的量子尺寸效應、表面效應和小尺寸效應,使納米材料產生了許多體相材料不具備的特殊性能。納米SnO2等氣敏材料具有較大的比表面及較高的活性和敏感性,其元件具有壽命長、靈敏度高、成本低等特點,一直處于金屬氧化物半導體電阻式氣敏傳感器研究的中心。研究與應用中,人們發現SnO2等氣敏材料的純度和晶粒大小,直接影響著材料的氣敏特性,SnO2等粉體的顆粒形狀、均勻性、穩定性都直接影響著以后制成的氣敏元件的靈敏度、功耗、選擇性、響應恢復特性及穩定性等重要參數。

由于氧化錫等氣敏材料的氣敏機理屬表面控制型氣體靈敏度的高低與材料的比表面積有關,通常比表面積越大氣體靈敏度越高。比表面積是每克固體材料所具有的表面積,單位為m2/g;比表面積測試儀的國家標準是基于BET理論的低溫氮吸附BET多點法(GB/T 19587-2004)。由氮吸附BET多點法測定比表面積的要點是:在5-30%氮氣分壓范圍內,在不同氮氣分壓點下測定吸附劑(待測粉體)對氮氣的吸附量,做出吸附等溫線,通過BET公式求出相應于吸附劑表面被氮氣分子覆蓋滿單分子層時的單分子層飽和吸附量,即可計算出吸附劑的比表面積。

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