一种高性能SiO2-SnO2氢气传感器*

姚志伟,张覃轶*,孟 鑫,李振远,张顺平

(1.武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉 430070;2.华中科技大学材料科学与工程学院,武汉 430074)

氢气作为一种绿色能源得到广泛应用,但氢气易燃易爆,对氢气探测及监控是目前需要解决的一大难题。气体传感器,特别是SnO2半导体气体传感器在氢气测量中应用最为广泛[1]。目前SnO2气体传感器工作时易受到其他气体的干扰,在灵敏性和选择性等方面还有待改善[2]。为提高SnO2气体传感器性能,国内外学者开展了大量研究工作,主要在控制SnO2形貌[3]、掺杂[4]和表面修饰[5-9]等方面。就选择性提高来看,在SnO2传感器表面进行修饰效果最为理想。例如Liu等在Pd-SnO2表面制备了聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜后,传感器显著提高了抗水蒸气干扰能力[5]。Bhatnagar等采用气相沉积技术在SnO2传感器表面制备一层C膜,在H2测量时能抗乙醇的干扰[6]。Li等制备的多孔Ag/AgO膜也能提高SnO2传感器在H2测量时抗CO、CH4的干扰能力[7]。在修饰材料方面,SiO2因其结构易于控制而格外受到重视[8-10]。Ling等采用磁控溅射方法制备了Pd/SnO2/SiO2薄膜结构,不仅对10 000×10-6H2的响应提高到173,而且稳定性、选择性都有大幅度提高[8]。Tournier等以六甲基二硅胺为硅源,采用化学气相沉积法在SnO2气体传感器表面沉积一层Si膜,提高了传感器在氢气测量时选择性[9]。本课题组前期也开展了在SnO2传感器表面制备SiO2膜[10]和介孔SnO2膜[11]的工作,对传感器选择性有较大提高。

介孔材料中的孔结构可用于对干扰气体分子筛分,本文通过溶胶-凝胶法制备介孔SiO2粉末,利用丝网印刷技术将介孔SiO2印刷到SnO2传感器表面,研究介孔SiO2膜对SnO2传感器敏感性和选择性的影响,目的开发出一种成本低,高性能的氢气传感器。……