SnO2基 R134a气体传感器英文文章 翻译

1、SnO2基R134a气体传感器：传感材料的制备，气体响应和传感机理摘 要 通过一个简单的化学沉淀过程得到纯SnO2和多孔Al2O3粉末。采用浸渍法可使SnO2基气敏材料与Al2O3催化涂层负载贵金属。SnO2和Al2O3粉末可由TEM，SEM，氮吸附解吸实验和原位XRD，FT-IR表征。SnO2基气体传感器的气体响应在静态环境下测量。实验结果表明，通过负载贵金属和催化涂层可以显著增强SnO2基R134a气体传感器对气体的响应。基于双层薄膜SnO2（Au）/zAl2O3（Au）的传感器展示出令人满意的结果，包括响应度高，选择性好，长期稳定性高，响应和恢复快，显示出其在制冷剂检测及空调系统维护方面

2、有应用潜力。最后，通过键能的数据，红外光谱以及原位XRD来证明R134a的气敏机理。关键词 SnO2 催化涂层 气体传感器 R134a 双层膜1前言如今，半导体金属氧化物气敏材料如WO3，In2O3，ZnO1-3和SnO2，由于其突出的特点，例如，成本低，灵敏度高，寿命长，快速响应和恢复，备受关注。它们有商业化前景的优势。氧化锡（SnO2）是具有优良的电化学和N型半导体光学性质。作为最早发现和最广泛应用于气体传感材料，SnO2已用于，可燃气体和有毒气体的检测，例如，H2，乙醇，丙酮，CO，CH4，甲醛等的检测 4-7。然而，关于制冷剂811 方面的气体响应报到很少，特别是对R134a的。今年来

3、，大气臭氧层的不断枯竭。氟利昂，作为一种被用作空调系统制冷剂的工作流体，在我们的日常生活中具有重要的作用。众所周知，氟利昂可以破坏保护地球免受紫外线照射的臭氧层。因此，CFCs的生产和使用，必须加以控制，而检测氟里昂已经成为迫切需要解决的问题。为了保护臭氧层，传统的制冷剂正在被许多新的不消耗臭氧的制冷剂所代替，如R32，R125，R134a，等等。然而，它们仍然可能造成全球变暖。因此，迫切需要提供一种检测HFCs泄漏的方法。R134a是最广泛和最早使用新型制冷剂之一，但是，由于其结构高度稳定，以至于它的反应性低和选择性差，使其很难被金属氧化物气体传感器检测到。为了降低工作时温度和提高气体的选择

4、和响应性，已有人在材料制备，材料装卸和涂催化层方面做了很多工作，以提高金属氧化物气体传感器的响应1214。我们发现用金，银，铂和Al2O3催化剂涂层的方法来装饰SnO2传感器，可以提高对R134a的响应。外面掺杂着贵金属的Al2O3涂层是感光涂层，感光涂层通过打破CF键提高R134a反应性，由于化学吸附氧气与R134a之间的反应导致阻力（抵抗力）变化,内部的SnO2薄膜层可以作出反应。后面研究气体响应材料，结果表明，新型气体传感器对R134a的响应大，选择性好，长期稳定性高，响应快和可恢复。2。实验2.1。材料的合成所有化学品均是购自上海化学试剂有限公司的分析级试剂，本文假定收到的化学品没有经

5、过进一步的纯化。采用化学沉淀法制备纯SnO2粉末。沉淀法是将SnCl4和NH3H2O混合，在不同pH值条件下的加磁搅拌。沉淀过滤，并用去离子水冲洗去除CL，然后80C 下干燥12小时。得到的粉末在550C 下煅烧2小时后，自然冷却，作为传感薄膜的原材料。Al2O3粉末由P123-辅助化学沉淀制备。P123是一种嵌段聚（环氧乙烷）- b-poly（环氧丙烷）-b-聚（氧化乙烯）共聚物（EO20PO70EO20，平均分子量5800）。粉体在400C 下煅烧2小时后，自然冷却，作为催化剂涂层的原材料。SnO2或Al2O3粉末浸过HAuCl4 、硝酸银或铂溶液后，在500C下烧结1小时，得到金，银，铂

6、负载的SnO2或Al2O3粉末。在传感、催化层中负载的贵金属重量约占0.5% 15,16。2.2。表征透射电子显微镜（TEM）实验在JEOL JEM-200CX上160 kV电压下进行操作。用于TEM测量的样品，悬浮在乙醇溶液负载到碳包覆铜网格上。JEOL JSM-6700F型在15 kV下操作得到场发射扫描电子显微镜（SEM）图像，样本不做进一步喷金处理直接观测。在77 K下，3H-2000容积吸附分析器上测量N2吸附等温线，所有样品在120 C下真空脱气至少12小时。利用巴雷特乔伊娜-Halenda（BJH）模型，孔隙体积和孔隙粒度分布均由吸附分支等温线导出。布鲁诺尔emment特勒（BE

7、T）法计算比表面积。为了更好理解传感机理，用溴化钾压片，在AVATAR 370红外光谱仪上收集傅里叶变换红外光谱（FT-IR）。在上海同步辐射源装置上 (SSRF)使用bl14b1-xrd光束监测了样品吸附R134a的XRD衍射峰变化。2.3. 样品的气体响应测试为了制作的气体传感器，最终的粉体首先用去离子水在玛瑙研钵混合成糊状。然后，在连接有一对金电极的氧化铝陶瓷管外面敷上糊状粉末，在SnO2层表面刷上Al2O3浆料后，在室温下干燥30分。传感器在500C下煅烧2小时，为了获得良好的机械强度和除去有机添加剂。最后，一个小镍铬合金加热线圈插入管形加热器。图1显示了SnO2Al2O3传感器的结构

8、。气体传感器年龄在350C 10天以提高其稳定性 17 。 河南汉威电子有限公司制造的静态测试系统用于气体传感性能的检查。在试验过程中，负载电阻与一系列的气体传感器相连。在Ni- Cr合金线圈上提供加热电压加热的气体传感器。气体传感器的工作温度通过改变加热电压调整，因为每个加热电压有对应的工作温度。传感器的气体反应定义为S = Ra / Rg，Ra和Rg分别表示在空气中和测试气体中的电阻。响应或恢复时间可表示为供应或切断气体之后传感器的输出在达到90%时所用的时间。图1。气体传感器的结构示意图。3. 结果与讨论3.1. 结构与形态SnO2和多孔Al2O3样品的形貌分别利用透射电镜研究，如图.2

9、和3。从SnO2的TEM图像（图2），我们可以看到，它具有粒子的聚集，从而形成的大量介观孔。图3表明，介孔氧化铝作为引进P123后存在的平行六面体。SEM照片SnO2粉末图4也表明存在许多毛孔堆积的SnO2颗粒。基于这些观察，我们推测，介观孔可以提供更多的气体通道提高运输气体的效率，这是气体传感一个有利的特征。 图2。对SnO2的显像。 图3。对多孔氧化铝的显像。图4。SnO2的扫描电镜图像氮吸附等温线曲线和焙烧温度为500C时的多孔氧化铝的孔径分布如图5所示。在Al2O3样品的吸附等温线在P / P0 轴的0.450.75区间中表现出磁滞回线，这与通过毛孔冷凝来填充和排空细管相关。这清楚地表

10、明使Al2O3样品孔隙率大的纹理。的对Al2O3样品的孔径分布显示一个尖锐的峰出现在孔径范围27 nm，其最高值在5 nm。多孔氧化铝样品的BET比表面积的价值计算是277平方米/克。我们认为正是由于有适当的孔径，R134a碎片才能通过多孔氧化铝层到达到SnO2层. 图5。氮吸附等温线和相应的孔隙大小分布(嵌入)的多孔氧化铝退火500C。（横，相对压力 纵，吸附量）3.2。气敏性能相比之下,一些做平行实验。调查的影响Cl和pH值对检测R134a,SnO2的沉淀在不同pH值在准备通过控制NH3水的添加量。我们得到的结论是,最佳的pH值是3,因为响应对R134a pH = 3时可以达到最大的价值。

11、然后,SnO2样本被去离子水清洗去除Cl(直到没有出现白色沉淀后添加硝酸)。图6显示了响应100 ppm R134a SnO2有或没有Cl。没有包含我们观察到SnO2 Cl有更高的反应比SnO2含Cl;两个两个系列的SnO2获得在pH = 3最大的响应。因此,我们准备SnO2 pH = 3,然后洗除去Cl之前去离子水以下测量。此外,纯的SnO2单层膜低应对R134a,这意味着它是不适合R134a检测,需要进一步的改善。改进的响应对R134a SnO2单层膜,五大系列的传感器被设计为进一步调查。第一个是SnO2单层膜含有不同的贵金属。表1所示的结果表明,加载非盟、Ag)或Pt增强R134a响应单

12、SnO2薄膜。Au-loaded SnO2显示了最大的响应。第二个来自SnO2机械搅拌和加载氧化铝粉末。表1所示的结果表明,加载非盟、Ag)或Pt增强R134a响应单SnO2薄膜。Au-loaded SnO2显示了最大的响应。第二个来自SnO2机械搅拌和加载氧化铝粉末。表1所示的结果表明,加载非盟、Ag)或Pt增强R134a响应单SnO2薄膜。Au-loaded SnO2显示了最大的响应。第二个来自SnO2机械搅拌和加载氧化铝粉末。结果(表1)表明,SnO2 /氧化铝(Au)双层膜之间的最大响应给膜结构特征直到现在。四是SnO2不同贵金属载荷和氧化铝涂层。结果(表1)显示,SnO2(Au)/氧

13、化铝具有较大的响应比以前研究传感器。最后一个牵涉到不同的贵金属SnO2涂上不同的贵金属loaded-Al2O3加载。结果(表1)表明,SnO2(Au)/氧化铝(Au)最大的整体反应;对R134a的响应值在100 ppm达到高达8.7。看来加载非盟在氧化铝提高传感膜外R134a分解的催化活性。添加非盟SnO2可能增强应对R134a的碎片SnO2传感层。传感层的合作和催化涂层给R134a最大的气体反应。相比之下,传感器的响应由SnO2(Au)/氧化铝(Au)双层膜制成的八倍,卸载SnO2单层膜。图6。响应和不使用Cl 100 ppm R134a SnO2在不同pH值和响应100 ppm R134a

14、四种传感器在不同工作温度(插图)表1各种传感器的反应对100 ppm R134a论文中提到的。100 ppm R134a的反应不同种类的传感器在不同工作温度显示在图6:(I)SnO2单层薄膜传感器;(2)机械混合物传感器SnO2和氧化铝;(3)SnO2 /氧化铝双层薄膜传感器;(IV)SnO2(Au)/氧化铝(Au)双层薄膜传感器。结果表明,气体传感器都达到最高响应在350C,所以我们选择350C作为一个最佳的工作温度。图7显示了一个基于SnO2传感器的响应和恢复曲线(Au)/氧化铝R134a的不同浓度下(Au)。根据计算公式,响应和恢复时间都很短,分别为9和11年代。SnO2的气体响应的变化

15、(Au)/氧化铝(Au)观察到随着R134a浓度的增加在一个大的探测范围5 - 1000 ppm。S SnO2的稳定性(Au)/氧化铝(Au)传感器显示在图8表明传感器的反应没有明显退化后暴露在100 ppm R134a 60天。稳定的响应值表明,传感器基于SnO2(Au)/氧化铝(Au)展品高长期稳定。SnO2的反应(Au)/氧化铝(Au)传感器对不同气体在100 ppm是图9所示。结果表明,应对R134a远远高于,二氧化碳,甲烷,Cl2,有限公司,NO2,NH3、硫化氢和H2,但CH3COCH3的反应和CH3CH2OH R134a的比。因此,我们得出这样一个结论,传感器有一个公平的选择性,

16、但有些问题与几个干扰(乙醇、丙酮等)仍然存在。图7。反应和恢复曲线SnO2(Au)/氧化铝(Au)R134a在不同浓度和反应和R134a的浓度之间的关系(插图)。图8。SnO2的稳定性(Au)/氧化铝100 ppm R134a(Au)。、图9。回应的SnO2(Au)/氧化铝(Au)对不同气体在100 ppm。总之,SnO2的传感器基于双层膜(Au)/氧化铝(Au)显示了R134a满意的传感性能检测。它有前途的前景在监测R134a逃的泄漏和集中在制冷剂的生产和应用。3.3。R134a气敏机理SnO2是一种n型半导体,电阻的变化与表面上氧气的化学性质有关。当传感器暴露在空气中,氧气是物理和化学吸附

17、表面的SnO2在O2等不同形式,O2 2O2。electron-depleted表面区域,由氧气吸附物诱导SnO2表面,因此导致表面势垒的增加和传感器电阻18。由氧化铝涂层R134a的传感机制可以建议如下。氧化铝涂层的作用是通过打破C-F减少R134a的稳定债券,形成一个协调CH2FCF2···F···氧化铝,导致R134a分子的分裂。这进一步促进R134a产品分解的反应与表面化学吸附氧SnO2内层,导致对R134a增强反应。键能数据(C-F 485 kJ /摩尔;Al-O,585焦每摩尔,Al-F,665焦每摩尔)在热力学也同意以上

18、声明,因为这两个原子之间的键将强与键能的增加数据。我们假设当盟被添加到材料、纳米损耗地区将形成在非盟粒子,以及非盟的氧化态的改变伴随氧气吸附和解吸的调制将导致nano-Schottky壁垒,导致增加的响应19。氧化铝涂层的作用提出以上支持以下实验。两种类型的SnO2和氧化铝样品准备在不同在350 C煅烧气氛。一个是R134a氛围,另一种是空气气氛。红外光谱谱图10所示显示煅烧前后无显著差异SnO2在350C R134a,因为这显示峰值4000 - 3500厘米1的范围属于水,和峰值1000 - 500厘米1是Sn-O的债券。然而,红外光谱谱图11所示演示了一个明显的变化500 - 1000厘米1煅烧氧化铝在之前和之后350年R134a下C。这种变化可能是由于从Al-O Al-F转换。验证假设,我们进行了一次通过原位XRD比较实验。之前