Исследование функциональных характеристик сенсоров газов на основе газочувствительных материалов с рабочими температурами 20-200°C

• Автор: Кравченко, Елена Ивановна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 127 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.

Введение

Глава 1. Устройства для анализа состава воздушной среды

1.1. Контроль параметров воздуха в экологических и

технологических средах

1.2. Сенсоры газов на основе полупроводниковых материалов 10 и их свойства

1.2.1. Виды сенсоров газов

1.2.2. Сенсоры на основе оксидов металлов

1.2.3. Сенсоры на органических полупроводниках

1.2.4. Газочувствительные свойства сенсоров

1.3. Типы мультисенсорных систем
1.4. Средства и методы обработки данных мультисенсорных
систем
Выводы
Глава 2. Разработка метода исследования функциональных
характеристик сенсоров газов в массивах сенсоров, работающих при температурах 20-200°С
2.1. Разработка топологии массива сенсоров
2.2. Конструкция системы измерения и обработки данных на 48 основе массива полупроводниковых сенсоров газов.
2.3. Метод проведения испытаний системы, содержащей
массив сенсоров на основе полупроводниковых пленок Выводы
Глава 3. Исследование функциональных характеристик сенсоров
газов.
3.1. Исследования коэффициента чувствительности сенсоров
газов
3.2. Исследования сенсоров на основе пленок состава
Ъ21хОу
3.3. Результаты исследования сенсоров на основе пленок
состава 8Ю2СиОу
3.4. Результаты исследования сенсоров на основе пленок
состава 8Ю28пОхСиОу
3.5. Исследование сенсоров на основе серебросодержащего
ПАН.
3.6. Исследование механизма взаимодействия
газочувствительных материала состава 8Ю28пОхСиОу с газами.
3.7. Исследование временной стабильности сенсоров газов на
основе ГЧМ составов 8Ю28пОхСиОу и серебросодержащего ПАН.
Выводы
Глава 4. Разработка методики распознавания газов с
помощью массивов сенсоров на основе полупроводниковых пленок
4.1. Визуализация откликов в системе полярных координат
4.2. Обработка откликов мультисенсорной системы с
помощью метода анализа главных компонент.
4.3. Обработка откликов мультисенсорной системы методом
линейного дискриминантного анализа.
Выводы
Заключение
Список используемых источников

ВВЕДЕНИЕ
Контроль качества и состава воздуха очень важен для обеспечения благоприятных условий существования человека и окружающей его природной среды. Для создания систем мониторинга атмосферного воздуха используют сенсоры - устройства, в которых информация о газе преобразуется в сигнал, среди которых более перспективными являются сенсоры газов резистивного типа на основе оксидных или органических газочувствительных материалов (ГЧМ), обладающих полупроводниковыми свойствами. Такие сенсоры обладают высокой газочувствительностью, изготавливаются с использованием микросистемных технологий, имеют малые габариты и массу.
На кафедре химии и экологии ЮФУ разработаны сенсоры газов на основе неорганических и органических ГЧМ. Разработанные сенсоры изготавливают золь-гель методом, который отличается простотой и относительно низкими материальными затратами. Разработанные на кафедре сенсоры функционируют при рабочих температурах от 20 до 200°С, в то время как большинство существующих в настоящее время сенсоров на основе полупроводниковых ГЧМ имеют рабочие температуры порядка 350-500°С. При низких рабочих температурах снижается потребляемая мощность сенсоров. Если же рабочие температуры равны 20-30°С, то в конструкции сенсоров не обязательно использовать встроенные в подложку микронагреватели. Также для поддержания рабочей температуры ГЧМ можно использовать внешние нагреватели, что упрощает технологию изготовления сенсоров. Таким образом, создание и исследование функциональных характеристик сенсоров газов на основе материалов, работающих при температурах 20-200°С, является актуальной научной проблемой, которая определила цель и задачи данной диссертационной работы.
Целью диссертационной работы является исследование функциональных характеристик сенсоров газов резистивного типа на основе
Выводы
В главе рассмотрены основные методы и приборы контроля качества атмосферного воздуха. Отмечено, что наиболее эффективным методом контроля качества воздуха в экологических и технологических средах является использование автоматизированных систем мониторинга. Ввиду того, что при исследовании атмосферного воздуха необходимо контролировать несколько различных параметров, для решения задач мониторинга используются мультисенсорные системы. Основной функциональной частью мультисенсорной системы мониторинга атмосферного воздуха является массив химических сенсоров газов. При этом массив сенсоров может представлять собой совокупность отдельных датчиков, а может быть создан из сенсоров на одной подложке. В главе рассмотрены современные конструкции мультисенсорных систем, а также типы химических сенсоров, из которых они изготовлены.
Сравнительный анализ литературных данных показал, что широко используемыми и перспективными материалами для создания мультисенсорных систем можно считать полупроводниковые тонкие пленки на основе оксидов металлов. Такие сенсоры обладают высокой газочувствительностью, изготавливаются с использованием микросистемных технологий, имеют малые габариты и массу. Существуют дос I аточно простые технологии создания полупроводниковых газочувствительных материалов, что значительно снижает стоимость конечного продукта. Однако одним из недостатков полупроводниковых ГЧМ являются их высокие рабочие температуры до 600°С.
Одним из направлений развития мультисенсорных систем является создание низкотемпературных ГЧМ, а также упрощение конструкции системы с целью снижения себестоимости и энергопотребления конечного продукта. Для этого важно не только использовать простые технологии создания ГЧМ, но также разрабатывать новые конструкции мсссивов