薄膜型氣敏傳感器

薄膜氣敏傳感器

氣敏膜傳感器是按照用途分類之中的一種。此類傳感器是研發(fā)的，早期只對監(jiān)測，后來開始能夠監(jiān)測。

氣體檢測方法:一般使用氣相色譜儀或者氣敏傳感器對氣體進行檢測

氣敏膜傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了大致四個階段:

第一階段:1962年以前是氣體傳感器研究的孕育階段。此階段中，通過對氧化物半導(dǎo)體表面特性的深入研究，發(fā)現(xiàn)了氧化物半導(dǎo)體對氣體具有敏感性。

第二階段:1962年~1967年，氣體傳感器的探索階段。首先是在1962年，日本九州工業(yè)大學(xué)清山哲郎等人對及薄膜的氣敏特性進行了開創(chuàng)性的研究;到了1967年，美國的P.J.Shaver利用貴金屬Pt、Pd激活氣體傳感器，使得氣體傳感器的靈敏度明顯提高，為氣體傳感器的實用化奠定了堅實的基礎(chǔ)。

第三階段:1968年~1978年，是氣體傳感器發(fā)展的實用化階段。1968年，日本費加羅公司首先在市場上推出了摻有Pd、Pt的氣體傳感器，從此以后，開始在市場上出現(xiàn)了各式各樣的氣體傳感器，并廣泛應(yīng)用于各個方面。

第四階段:是在實用化基礎(chǔ)上的發(fā)展提高階段。1978年以后，氣體傳感器的實用化促使人們?nèi)ふ倚碌臍饷舨牧?，并探討提高氣體傳感器性能的途徑，對已實用化的氣體傳感器的氣敏材料進行了深入的研究。

經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在在工業(yè)發(fā)達的國家，如美國、日本、德國、英國等，氣體傳感器均已發(fā)展成為品種系列齊全、技術(shù)綜合發(fā)展的高薪技術(shù)產(chǎn)業(yè)。國外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高;另一方面是由于傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。因此，國外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計預(yù)測，美國1996年~2002年氣體傳感器年均增長率為(27~30)%。

氣敏元件性能與敏感功能材料的種類、結(jié)構(gòu)及制作工藝密切相關(guān)。以金屬氧化敏感材料制作的半導(dǎo)體式氣敏元件具有靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，體小質(zhì)輕，堅固耐用等優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用，目前仍以SnO2材料為主。但近年來其他新型金屬氧化物也不斷開發(fā)，如ZnO、SiO2、TiO2、Fe2O3、WO3等。另外復(fù)合氧化物作為固體電解質(zhì)材料也得到很好的利用。

從氣敏膜傳感器誕生之日起，由于其具有體積小、能耗低、靈敏度高、響應(yīng)時間短等特點，在易燃、易爆、有毒、有害氣體的檢測和檢測中的應(yīng)用越來越廣泛，對于減少氣體爆炸、火災(zāi)等事故的發(fā)生起到非常大的作用。由最初的半導(dǎo)體氣敏傳感器到后來的復(fù)合材料傳感器，氣敏膜傳感器性能已經(jīng)得到了很大的提高，然而由于傳感的氣敏機理非常復(fù)雜，到目前為止還沒有形成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，在氣敏膜傳感器性能研究方面，還需要系統(tǒng)化的試驗與理論研究，另外在氣敏傳感器的應(yīng)用方面，積極加入到應(yīng)用領(lǐng)域，再有就是加大對其他有害氣體氣敏膜傳感器的研究，對以苯系氣體監(jiān)測的氣敏膜傳感器檢測才是剛剛起步，需要一種可以同時具有選擇性好、靈敏度高、能耗低等多項優(yōu)點的傳感器。

氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器。它主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。

1)氣相色譜儀:一種對混合氣體中各組分進行分析檢測的儀器。樣品由載氣帶入，通過對欲檢測混合物中組分有不同保留性能的色譜柱，使各組分分離，依次導(dǎo)入檢測器，以得到各組分的檢測信號。按照導(dǎo)入檢測器的先后次序，經(jīng)過對比，可以區(qū)別出是什么組分，根據(jù)峰高度或峰面積可以計算出各組分含量。通常采用的檢測器有:熱導(dǎo)檢測器，火焰離子化檢測器，氦離子化檢測器，超聲波檢測器，光離子化檢測器，電子捕獲檢測器，火焰光度檢測器，電化學(xué)檢測器，質(zhì)譜檢測器等。不同檢測原理的檢測器，決定了各種便攜式氣相色譜儀的性能。總體上檢測性能強，但是成本高，沒有實時監(jiān)測能力，便攜性差。

2)氣敏傳感器:一種對混合氣體中特定一種或集中組分進行分析檢測的儀器。檢測組分和靈敏度與傳感器的材料和結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系?？傮w上的檢測性能要低于氣象色譜，但是小型化便攜性更好并且具有實時監(jiān)測能力，價格相對低廉，適合系統(tǒng)使用。