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纳米气敏材料比表面积分析

 发布时间:2015-04-30 点击量:463


随着科学技术的发展,对各种气体尤其是可燃性气体和毒性气体的检测监控,已成为当前工业、民用、国防、运输等领域急需解决的问题。纳米气敏材料的研究对提高气敏材料的灵敏度、选择性和长期稳定性,以及如何降低工作温度和缩短相应温度、时间等方面起着无法替代的推动作用。

目前国内外对于各种气体的检测主要还是针对氢气、硫化氢、碳氢化合物、氮氧化合物、氨气、乙醇、液化石油气(LPG)、管道煤气等还原性气体和有毒气体为主,应用较为广泛的气敏材料主要有SnO2ZnOSiO2TiO2Fe2O3WO3等金属氧化物,另外复合氧化物作为固体电解质也得到很好的应用。由于传统的SnO2等气敏元件功耗大、灵敏度低、选择性差,人们一直在努力探索用新的方法解决这些问题。

纳米晶粒由于尺寸小,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级、能隙变宽,其特别的量子尺寸效应、表面效应和小尺寸效应,使纳米材料产生了许多体相材料不具备的特殊性能。纳米SnO2等气敏材料具有较大的比表面及较高的活性和敏感性,其元件具有寿命长、灵敏度高、成本低等特点,一直处于金属氧化物半导体电阻式气敏传感器研究的中心。研究与应用中,人们发现SnO2等气敏材料的纯度和晶粒大小,直接影响着材料的气敏特性,SnO2等粉体的颗粒形状、均匀性、稳定性都直接影响着以后制成的气敏元件的灵敏度、功耗、选择性、响应恢复特性及稳定性等重要参数。

由于氧化锡等气敏材料的气敏机理属表面控制型气体灵敏度的高低与材料的比表面积有关,通常比表面积越大气体灵敏度越高。比表面积是每克固体材料所具有的表面积,单位为m2/g;比表面积测试仪的国家标准是基于BET理论的低温氮吸附BET多点法(GB/T 19587-2004)。由氮吸附BET多点法测定比表面积的要点是:在5-30%氮气分压范围内,在不同氮气分压点下测定吸附剂(待测粉体)对氮气的吸附量,做出吸附等温线,通过BET公式求出相应于吸附剂表面被氮气分子覆盖满单分子层时的单分子层饱和吸附量,即可计算出吸附剂的比表面积。

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