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第 6卷第 5期广州大学学报自然科学版
( ) Vol. 6 No. 5
2007年 10月 Journal of Guangzhou University(Natural Science Edition) Oct. 2007
文章编号: 1671 4229 (2007) 05 0042 05
金属氧化物气敏传感器
刘湘军 1 , 谭湘倩 2 , 浣石 3
(1. 湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室, 湖南长沙 410082; 2. 广州大学商学院,
广东广州 510006; 3. 广州大学工程抗震研究中心, 广东广州 510405)
摘要: 根据检测气体的种类、组成成分和工作原理对气体传感器进行了分类,并详细介绍了金属氧化物的气
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敏机理和纳米技术对材料气敏性能的影响;着重从物理方法和化学方法两个方面介绍金属氧化物纳米颗粒的
合成;探讨了气体传感器的发展方向.
关键词: 气体传感器; 纳米颗粒; 金属氧化物; 气敏材料
中图分类号: TP 212 文献标识码: A
现代工业的发展一方面为人类创造出巨大的财富,另等电阻式金属氧化物为基底材料制成的半导体传感器. 半
一方面却给生态环境带来严重的污染. 工业生产中气体原导体气体传感器在众多的气体传感器中,是发展最快、应
料和废气的种类和数量随着工业的发展而越来越多. 这些用最广的一种. 自 1962年,日本学者 Seiyama等人首先报
气体中,有毒性气体和可燃性气体不仅污染环境,而且有道了半导体金属氧化物的气敏特性[ 3 ] ,并进一步做了理论
产生爆炸、火灾、使人中毒的危险. 对这些气体迅速准确地研究[ 4 ] ,他们首先导入了“气体检测器”( Gas Detector) 的
检测将有效地防止此类恶性事件的发生. 因此,气敏传感概念. 之后,各国研究者相继在这方面做了大量工作.
器的研究与应用变得越来越重要了. 近年来,结合纳米技
术研制成功的金属氧化物传感器,以其较高的灵敏度和选 2 金属氧化物半导体的气敏机理
择性,良好的稳定性和恢复性,以及使用寿命长等优点,被
广泛应用于有毒气体、可燃可爆气体、工业废气等气体的金属氧化半导体的气敏特性,是在一定温度下半导体
检测中. 化合物跟所接触的气体(氧化性或还原性)发生反应而导
致电阻值发生变化的现象[ 2 ] . 金属氧化物半导体气体传
1 气体传感器的分类感器根据气体与金属氧化物气敏材料作用位置的不同,可
分为表面控制型[ 5 ]和体相控制型.
环境中需要检测的气体种类繁多,由于所检测气体的表面控制型金属氧化半导体气敏材料的表面存在许
种类、组成成分等不同,其检测方法也不大相同. 根据被检多活性中心,空气中氧分子吸附在金属氧化物半导体的表
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测和控制气体对象,气体传感器可分为:可燃性气体传感面,并从其表面获得电子而形成化学吸附的 O2 、O 、O ,
器、有毒有害气体传感器和氧传感器等[ 1, 2 ] . 结果表面电阻增加. 当还原性气体作为被检测气体与气敏
根据气体传感器的工作原理及制作材料,气体传感器元件表面接触时,这些气体与化学吸附氧进行反应,导致
又可分为半导体式气体传感器、固体电解质气体传感