NASICON材料与微型气体传感器及检测系统的研究

论文摘要

以溶胶-凝胶法采用硝酸氧锆为主要原料和柠檬酸为分散剂探索出了制备NASICON粉体和薄膜材料的新方法。通过对其进行的XRD、FTIR、Raman、TEM、XPS、SEM和复阻抗等表征分析,表明所得粉体材料具有单斜结构、材料组份纯净、平均颗粒尺寸为10-20nm;所得薄膜材料平均颗粒尺寸为15 nm左右。运用ANSYS有限元分析软件,首次以粗线条、少弯折的设计思路设计制作了微型气体传感器的微热板,使得微热板的热利用率得到大幅提升。以微型气体传感器的微加热板为衬底,以NASICON粉体材料为离子导电层,分别以Cr2O3和Li2CO3-BaCO3为敏感电极材料制作了微型NH3和CO2气体传感器。通过对器件的敏感特性测试,表明微型NH3气体传感器在工作温度为300℃时,其灵敏度达到26.92mV/decade,可检测NH3气体浓度范围为50-1000ppm,气体选择性较好,响应恢复时间较快;微型CO2气体传感器在工作温度为370℃时,其灵敏度达到56.3mV/decade,可检测CO2气体浓度范围为500-5000ppm,具有良好的气体选择性和响应恢复特性。自主研制了“固体电解质型气体传感器特性检测系统”;结合微型CO2气体传感器的特性,采用“上电自校正”、“浮动查表法”、温度补偿和静电屏蔽等方法,设计制造了一台“便携式固体电解质型CO2检测仪”;以ARM控制器LPC2148为核心,采用嵌入式μC/OS-Ⅱ操作系统,加入开源的TCP/IP协议栈LwIP构建了一个“网络化嵌入式气体传感检测系统”。

论文目录

• 提要
• 第一章 前言
• 1.1 气体传感器及检测系统的研究目的和意义
• 1.2 气体传感器的分类、研究现状与发展趋势
• 1.3 气体传感检测系统的分类、研究现状与发展趋势
• 1.4 论文主要工作的结构体系
• 第二章 固体电解质NASICON 材料的制备及表征
• 2.1 NASICON 材料的制备方法概述
• 2.2 NASICON 粉体材料的制备及表征
• 2.2.1 NASICON 粉体材料的制备
• 2.2.2 NASICON 粉体材料的表征
• 2.3 NASICON 薄膜材料的制备及表征
• 2.3.1 NASICON 薄膜材料的制备
• 2.3.2 NASICON 薄膜材料的表征
• 2.4 本章小结
• 第三章 微型气体传感器微热板的设计
• 3.1 有限元分析方法概述
• 3.2 ANSYS 热分析的建模及求解过程
• 3.2.1. 前处理：建立三维模型
• 3.2.2. 求解：施加载荷计算
• 3.2.3. 后处理：计算结果查看
• 3.3 微热板设计过程与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 微型气体传感器的研制
• 3气体传感器的制作'>4.1 微型NH₃气体传感器的制作
• 3气体传感器的特性'>4.2 微型NH₃气体传感器的特性
• 3 气体传感器灵敏度特性'>4.2.1 微型NH₃气体传感器灵敏度特性
• 3 气体传感器选择特性'>4.2.2 微型NH₃气体传感器选择特性
• 3 气体传感器的响应和恢复特性'>4.2.3 微型NH₃气体传感器的响应和恢复特性
• 3 气体传感器的耐水性'>4.2.4 微型NH₃气体传感器的耐水性
• 3气体传感器的敏感机理'>4.3 微型NH₃气体传感器的敏感机理
• 2气体传感器的制作'>4.4 微型CO₂气体传感器的制作
• 2气体传感器的特性'>4.5 微型CO₂气体传感器的特性
• 2 气体传感器灵敏度特性'>4.5.1 微型CO₂气体传感器灵敏度特性
• 2 气体传感器选择特性'>4.5.2 微型CO₂气体传感器选择特性
• 2 气体传感器的响应和恢复特性'>4.5.3 微型CO₂气体传感器的响应和恢复特性
• 2 气体传感器的耐水性'>4.5.4 微型CO₂气体传感器的耐水性
• 2气体传感器的敏感机理'>4.6 微型CO₂气体传感器的敏感机理
• 4.7 本章小结
• 第五章 气体传感检测系统的研制
• 5.1 固体电解质型气体传感器特性检测系统的研制
• 5.1.1 固体电解质型气体传感器特性检测仪的设计
• 5.1.2 固体电解质型气体传感器特性检测仪具体组成及原理
• 2检测仪的研制'>5.2 便携式固体电解质型CO₂检测仪的研制
• 5.2.1 仪器系统组成概述
• 5.2.2 仪器系统的具体设计实现
• 5.3 网络化嵌入式气体传感检测系统的研制
• 5.3.1 系统整体方案设计
• 5.3.2 网络化嵌入式气体传感器检测节点硬件设计
• 5.3.3 网络化嵌入式气体传感器检测节点软件设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 作者在攻读博士期间发表的论文
• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 作者简介