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 氣體傳感器的研究方向（二）

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    氣體傳感器的研究方向（二）
    非電阻式半導體氣體傳感器是MOS二極管式和結型二極管式以及場效應管式(MOSFET)半導體氣體傳感器。其電流或電壓隨著氣體含量而變化，主要檢測氫和矽燒氣等可燃性氣體。其中，MOSFET氣體傳感器工作原理是揮發性有機化合物(VOC)與催化金屬(如鈕)接觸發生反應，反應產物擴散到MOSFET的柵極，改變了器件的性能。通過分析器件性能的變化而識別VOC。通過改變催化金屬的種類和膜厚可優化靈敏度和選擇性，並可改變工作溫度。MOSFET氣體傳感器靈敏度高，但製作工藝比較複雜，成本高。

    　　2.2 電化學型氣體傳感器

    　　電化學型氣體傳感器可分為原電池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式四種類型。原電池式氣體傳感器通過檢測電流來檢測氣體的體積分數，市售的檢測缺氧的儀器幾乎都配有這種傳感器，近年來，又開發了檢測酸性氣體和毒性氣體的原電池式傳感器。可控電位電解式傳感器是通過測量電解時流過的電流來檢測氣體的體積分數，和原電池式不同的是，需要由外界施加特定電壓，除了能檢測CO，NO，N02，02，S02等氣體外，還能檢測血液中的氧體積分數。電量式氣體傳感器是通過被測氣體與電解質反應產生的電流來檢測氣體的體積分數。離子電極式氣體傳感器出現得較早，通過測量離子極化電流來檢測氣體的體積分數已電化學式氣體傳感器主要的優點是檢測氣體的靈敏度高、選擇性好。

    　　2.3固體電解質氣體傳感器

    　　固體電解質氣體傳感器是一種以離子導體為電解質的化學電池。20世紀70年代開始，固體電解質氣體傳感器由於電導率高、靈敏度和選擇性好，獲得了迅速的發展，現在幾乎應用於環保、節能、礦業、汽車工業等各個領域，其產量大、應用廣，僅次於金屬氧化物半導體氣體傳感器。近來國外有些學者把固體電解質氣體傳感器分為下列三類：

    　　1)材料中吸附待測氣體派生的離子與電解質中的移動離子相同的傳感器，例如氧氣傳感器等。

    　　2)材料中吸附待測氣體派生的離子與電解質中的移動離子不相同的傳感器，例如用於測量氧氣的由固體電解質SrF2H和Pt電極組成的氣體傳感器。

    　　3)材料中吸附待測氣體派生的離子與電解質中的移動離子以及材料中的固定離子都不相同的傳感器，例如新開發高質量的C02固體電解質氣體傳感器是由固體電解質NASICON(Na3Zr2Si2P012)和輔助電極材料Na2CO3-BaC03或Li2C03-CaC03，Li2C03-BaC03組成的。

    　目前新近開發的高質量固體電解質傳感器絕大多數屬於第三類。又如：用於測量N02的由固體電解質NaSiCON和輔助電極N02-Li2C03製成的傳感器；用於測量H2S的由固體電解質YST-Au-W03製成的傳感器；用於測量NH3的由固體電解質NH4-Ca203製成的傳感器；用於測量N02的由固體電解質Ag0.4Na7.6和電極Ag-Au製成的傳感器等。
    2.4接觸燃燒式氣體傳感器

    　　接觸燃燒式氣體傳感器可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式，其工作原理是氣敏材料(如Pt電熱絲等)在通電狀態下，可燃性氣體氧化燃燒或者在催化劑作用下氧化燃燒，電熱絲由於燃燒而生溫，從而使其電阻值發生變化。這種傳感器對不燃燒氣體不敏感，例如在鉛絲上塗敷活性催化劑Rh和Pd等製成的傳感器，具有廣譜特性，即能檢測各種可燃氣體。這種傳感器有時稱之為熱導性傳感器，普遍適用於石油化工廠、造船廠、礦井隧道和浴室廚房的可燃性氣體的監測和報警。該傳感器在環境溫度下非常穩定，並能對處於爆炸下限的絕大多數可燃性氣體進行檢測。

    　　2.5光學式氣體傳感器

    　　光學式氣體傳感器包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型、光纖化學材料型等，主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由於不同氣體的紅外吸收峰不同，通過測量和分析紅外吸收峰來檢測氣體。目前的*新動向是研製開發了流體切換式、流程直接測定式和傅裏葉變換式在線紅外分析儀。該傳感器具有高抗振能力和抗汙染能力，與計算機相結合，能連續測試分析氣體，具有自動校正、自動運行的功能。光學式氣體傳感器還包括化學發光式、光纖熒光式和光纖波導式，其主要優點是靈敏度高、可靠性好。

    　　光纖氣敏傳感器的主要部分是兩端塗有活性物質的玻璃光纖。活性物質中含有固定在有機聚合物基質上的熒光染料，當VOC與熒光染料發生作用時，染料極性發生變化，使其熒光發射光譜發生位移。用光脈衝照射傳感器時，熒光染料會發射不同頻率的光，檢測熒光染料發射的光，可識別VOC。

    　　2.6高分子氣體傳感器

    　　近年來，國外在高分子氣敏材料的研究和開發上有了很大的進展，高分子氣敏材料由於具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結構傳感器和聲表麵波器件相結合等特點，在毒性氣體和食品鮮度等方麵的檢測具有重要作用。高分子氣體傳感器根據氣敏特性主要可分為下列幾種：

    　　l)高分子電阻式氣體傳感器

    　　該類傳感器是通過測量高分子氣敏材料的電阻來測量氣體的體積分數，目前的材料主要有歐菁聚合物、LB膜、聚毗咯等。其主要優點是製作工藝簡單、成本低廉。但這種氣體傳感器要通過電聚合過程來激活，這既耗費時間，又會引起各批次產品之間的性能差異。

    　　2)濃差電池式氣體傳感器

    　　濃差電池式氣體傳感器的工作原理是：氣敏材料吸收氣體時形成濃差電池，測量輸出的電動勢就可測量氣體體積分數，目前主要有聚乙烯醇-磷酸等材料。
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