,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,气敏元件的制作工艺,气敏元件的制作工艺,1,主要内容,4-5-1,气敏材料的制备,4-5-2,气敏元件的制作工艺,4-5-3,气敏元件的掺杂改性,一、气敏材料导电类型及电阻率的控制,二、气敏特性的改善与调整,1,、灵敏度的提高,2,、选择性的改善,3,、响应恢复特性的改善,4,、稳定性的提高,主要内容4-5-1 气敏材料的制备,2,纳米,SnO,2,材料的制备,气相合成,液相合成,固相合成,溅射法,蒸渡法,化学气相淀积法,化学沉积法,醇盐水解法,溶胶,-,凝胶法,固相反应法,机械粉碎法,金属盐分解法,4-5-1,气敏材料的制备,纳米SnO2材料的制备气相合成液相合成固相合成溅射法4-5-,3,液相合成,1.,溶胶,-,凝胶法,基本原理是以金属醇盐或无机盐为前驱物,经水解缩聚过程逐渐胶凝化后,再将凝胶干燥、煅烧,最后得到无机纳米材料。溶胶,-,凝胶法反应条件温和、产品成分均匀、纯度较高,易于工业化生产,是备受重视和广泛采用的方法。采用溶胶,-,凝胶法不仅可制备纳米颗粒,亦可制备纳米薄膜和块体。溶胶,-,凝胶法在制备离子导体,非线性光学材料,光电、光色转换材料和探测等方面已表现出广泛的应用前景。,液相合成1.溶胶-凝胶法,4,SnCl,4,5H,2,O,柠檬酸，,H,2,O,混合,溶液,氨水,Sn(OH),4,沉淀,PH,值,2-3,SnCl,4,5H,2,O+4NH,3,H,2,O=Sn(OH),4,+,4NH,4,Cl,离心洗涤除去,Cl,-,溶胶,弱酸回溶,溶胶,干燥陈化,烧结得,SnO,2,粉末,Sn(OH),4,=SnO,2,+2H,2,O,4-5-1,气敏材料的制备,SnCl45H2O 柠檬酸，H2O 混合溶液 氨水 Sn,5,4-5-1,气敏材料的制备,4-5-1 气敏材料的制备,6,2,.,沉淀法,沉淀法是在金属盐类的水溶液中,控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应,产生水合氧化物或难溶化合物,使溶质转化为沉淀,然后经分离、干燥或热分解而得到纳米颗粒。具体又可细分为直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法和醇盐水解法。该方法工艺简单,所得颗粒的性能良好,而且在制备金属氧化物纳米粒子等方面具有独特的优点,因此也是目前纳米材料制备中较常用的方法。,液相合成,2.沉淀法液相合成,7,滴加少许盐酸防止水解,SnCl,4,5H,2,O,去离子水,SnCl,4,溶液,氨水,Sn(OH),4,沉淀,PH,值,2-3,SnCl,4,5H,2,O+4NH,3,H,2,O=Sn(OH),4,+,4NH,4,Cl,离心洗涤除去,Cl,-,烘干、烧结得,SnO,2,粉末,Sn(OH),4,=SnO,2,+2H,2,O,4-5-1,气敏材料的制备,滴加少许盐酸防止水解 SnCl45H2O 去离子水 SnC,8,4-5-1,气敏材料的制备,4-5-1 气敏材料的制备,9,3.,水热法,水热法是指在特制的密闭反应器,(,高压釜,),中,采用水溶液作为反应体系,通过将反应体系加热至临界温度,(,或接近临界温度,),在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备的一种有效方法。该方法原料易得,成本相对较低,可以制备出纯度高、晶型好、分散性好以及大小可控的纳米颗粒。此外,在水热法的基础上,以有机溶剂,(,如乙醇、甲酸、苯、乙二胺、,CCl4,等,),代替水,采用溶剂热反应来制备纳米材料是水热反应法的一种重大改进。,液相合成,3.水热法液相合成,10,1.0mol/L,的锡酸钠溶液50mL,正戊醇,5mL,正丁醇,5mL,十二烷基苯磺酸钠,5mL,环己烷,5mL,30,高速搅拌,氢氧化锡沉淀,用硝酸将,PH,值调至,SnO,2,超细粉末,150,水热反应,2.5h,洗涤,80,干燥,4-5-1,气敏材料的制备,1.0mol/L的锡酸钠溶液50mL正戊醇 5mL正丁醇 5,11,4-5-1,气敏材料的制备,4-5-1 气敏材料的制备,12,4.,乳液法,微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成均匀的乳液,从乳液中析出固相从而制备出一定粒径的纳米粉体的制备方法。微乳液法作为一种新的制备纳米材料的方法,具有实验装置简单、操作方便、应用领域广和颗粒的粒度可控等优点。目前该方法逐渐引起人们的重视和极大兴趣。,液相合成,4.乳液法液相合成,13,4-5-1,气敏材料的制备,4-5-1 气敏材料的制备,14,5.,模板合成法,亦称模板法,是将单体、聚合物溶液或熔体引入模板的纳米孔洞中,通过化学或物理方法得到结构规整、排列整齐的聚合物一维纳米材料的制备方法。,模板法又分为软模板和硬模板法。软模板主要包括两亲分子形成的各种有序聚合物,如液晶、胶团、微乳状液、囊泡、膜、自组装膜等,以及高分子的自组织结构和生物大分子等。硬模板主要是指一些具有相对刚性结构的模板,如阳极氧化铝膜、多孔硅、分子筛、胶态晶体、碳纳米管和限域沉积位的量子阱等。,液相合成,5.模板合成法液相合成,15,4-5-1,气敏材料的制备,4-5-1 气敏材料的制备,16,陶瓷管,清洗,干燥,涂金浆,干燥,烧结,引线,烘干,烧结,电极衬底,陶瓷管,研磨,浆料,涂覆,烘干,烧结,焊接,封装,测试,老化,称量,复测,成品,旁热结构,烧结,型,氧化物半导体,气体传感器的制作工艺流程图,4-5-2,气敏元件的制作工艺,陶瓷管清洗干燥涂金浆干燥烧结引线烘干烧结电极衬底陶瓷管研磨浆,17,旁,热式,SnO,2,气敏元件,加热器电阻值一,般为,30-40,旁热式气敏器件结构及符号,电极,加热器,瓷绝缘管,SnO,2,烧结体,1,2,3,4,5,6,（,a,）结构,（,b,）符号,6,气敏元件外形和引出线分布,7,100,目不锈钢网,18.4,1,23,1,2,3,4,5,7,45,45,旁热式SnO2气敏元件加热器电阻值一旁热式气敏器件结构及符号,18,4-5-3,气敏元件的掺杂改性,一、气敏材料导电类型及电阻率的控制,（,4-9,）,（,4-10,）,（,4-11,）,（,4-12,）,n=4.1-4.5,（,4-13,）,E,i1,=0.05eV,，,E,i1,=0.2eV,E,V1,=0.5eV,，,E,V2,=2.0eV,4-5-3 气敏元件的掺杂改性一、气敏材料导电类型及电阻率的,19,4-5-3,气敏元件的掺杂改性,掺杂技术主要基于原子价控制原理,N,型材料，高价掺杂，起施主作用，材料电导率升高；,低价掺杂，起受主作用，材料电导率下降；,P,型材料，高价掺杂，起受主作用，材料电导率下降；,低价掺杂，起施主作用，材料电导率升高,；,（,4-14,）,（,4-14 a,）,（,4-14 b,）,4-5-3 气敏元件的掺杂改性掺杂技术主要基于原子价控制原理,20,1,、灵敏度的提高,4-5-3,气敏元件的掺杂改性,1,、在,SnO,2,中掺杂,Pd,有利于提高对,H,2,的灵敏度；,2,、在,SnO,2,中掺杂,Pt,有利于提高对,CO,的灵敏度；,3,、在,SnO,2,中掺杂,La,2,O,3,、,Bi,2,O,3,有利于提高对乙醇,的灵敏度；,4,、在,SnO,2,中掺杂,CuO,、,RbCl,有利于提高对,H,2,S,的,灵敏度；,5,、在,SnO,2,中掺杂,RuO,有利于提高对,CO,的灵敏度；,6,、在,WO,3,中掺杂,Th,4+,、,Ce,4+,、,Ag,+,有利于提高对,CO,的灵敏度；,1、灵敏度的提高4-5-3 气敏元件的掺杂改性1、在SnO2,21,1,、灵敏度的提高,4-5-3,气敏元件的掺杂改性,1,、在,SnO,2,中掺杂,Pd,有利于提高对,H,2,的灵敏度；,1、灵敏度的提高4-5-3 气敏元件的掺杂改性1、在SnO2,22,4-5-3,气敏元件的掺杂改性,4-5-3 气敏元件的掺杂改性,23,4-5-3,气敏元件的掺杂改性,2,、选择性的改善,1,、适合的掺杂剂的选取；,2,、气敏主体材料的选择；,3,、增设表面催化隔离层或经过表面处理；,4,、选择适当的工作温度,；,3,、响应恢复特性的改善,1,、选择合适的催化剂,2,、选择适当的工作温度,4-5-3 气敏元件的掺杂改性2、选择性的改善1、适合的掺杂,24,4-5-3,气敏元件的掺杂改性,4,、稳定性的提高,1,、加入合适的稳定剂；,2,、增设表面修饰层或补偿层；,3,、选用合适的主体气敏材料；,4-5-3 气敏元件的掺杂改性 4、稳定性的提高1、加入合适,25,知识点,1.,电阻型气敏元件的灵敏度定义方法，提高灵敏度,的方法。,p 89,和,p100,2.,电阻型气敏元件的选择性定义方法，提高选择性,的方法。,p 90,和,p100,3.,熟悉几种制备气敏材料的方法。,知识点1.电阻型气敏元件的灵敏度定义方法，提高灵敏度,26,