气体敏感功能材料与气体传感器

本书根据著者在高性能气体敏感材料与电阻式气体传感器领域的研究成果，结合近年来国内外的研究进展、发展趋势及存在问题，阐述环境毒害气体金属氧化物敏感材料的制备及其在电阻式气体传感器领域的应用。本书针对敏感材料组分、形貌等与环境毒害气体传感器的性能关系和相关机理展开讨论，分别介绍SnO2、ZnO、TiO2、WO3、MSnO3（M = Zn、Cd、Ni）、LnFeO3（Ln = La、Sm、Er、Eu）、其他金属氧化物、聚合物基等敏感材料及其对环境毒害气体的性能与气敏机理、气体传感器可靠性试验与可靠性水平的评价及性能改善。

2010年云南省科学技术奖自然科学类二等奖2005年云南省科学技术奖自然科学类二等奖2005年云南省科学技术奖技术发明类三等奖2005年云南省科学技术奖自然科学类三等奖

目录
第1章　电阻式气体传感器简介 1
1.1　气体检测 1
1.2　氧化物半导体气敏材料 2
1.3　电阻式气体传感器器件结构 3
1.3.1　n + n型组合结构气体传感器 5
1.3.2　p + n型组合结构气体传感器 7
1.3.3　n + p型组合结构气体传感器 11
1.4　电阻式气体传感器工作原理 14
1.4.1　吸附氧模型 14
1.4.2　晶界势垒模型 14
1.4.3　表面电导模型 15
1.4.4　颈部沟道控制模型 16
1.4.5　接触（催化）燃烧模型 17
1.4.6　体电阻控制型理论 17
1.5　电阻式气体传感器性能评价指标与测试 18
1.6　提高气体传感器性能的技术措施 19
参考文献 20
第2章　气体敏感功能材料 24
2.1　多晶体 24
2.1.1　多晶体粉末 25
2.1.2　薄膜材料 27
2.2　纳米结构 29
2.2.1　零维纳米结构 29
2.2.2　一维纳米结构 30
2.2.3　二维纳米结构 31
2.2.4　三维纳米结构 32
参考文献 33
第3章　SnO2基气体敏感材料与气体传感器 35
3.1　零维纳米结构SnO2基气体敏感材料与气体传感器 35
3.1.1　零维纳米结构SnO2基气体敏感材料的制备 35
3.1.2　零维纳米结构SnO2基气体敏感材料的表征与分析 36
3.1.3　零维纳米结构SnO2基气体传感器 44
3.2　一维纳米结构SnO2基气体敏感材料与气体传感器 53
3.2.1　一维纳米结构SnO2基气体敏感材料的制备 53
3.2.2　一维纳米结构SnO2基气体敏感材料的表征与分析 55
3.2.3　一维纳米结构SnO2基气体传感器 72
3.3　二维纳米结构SnO2基气体敏感材料与气体传感器 90
3.3.1　二维纳米结构SnO2基气体敏感材料的制备 90
3.3.2　二维纳米结构SnO2基气体敏感材料的表征与分析 91
3.3.3　二维纳米结构SnO2基气体传感器 97
3.4　三维纳米结构SnO2基气体敏感材料与气体传感器 103
3.4.1　三维纳米结构SnO2基气体敏感材料的制备 103
3.4.2　三维纳米结构SnO2基气体敏感材料的表征与分析 105
3.4.3　三维纳米结构SnO2基气体传感器 115
3.5　纳米多孔结构SnO2基气体敏感材料与气体传感器 125
3.5.1　纳米多孔结构SnO2基气体敏感材料的制备 125
3.5.2　纳米多孔结构3D OP ZnO-SnO2 HM敏感材料的表征与分析 126
3.5.3　纳米多孔结构SnO2基气体传感器 128
参考文献 130
第4章　ZnO基气体敏感材料与气体传感器 135
4.1　零维结构ZnO基气体敏感材料 135
4.1.1　Au/ZIF-8衍生的多孔Au/ZnO复合纳米材料 135
4.1.2　MOF衍生ZnFe2O4/(Fe-ZnO)纳米复合材料 139
4.2　一维纳米结构ZnO基气体敏感材料 143
4.2.1　花状氧化锌微米棒 143
4.2.2　Au修饰ZnO纳米棒阵列 146
4.3　二维纳米结构ZnO基气体敏感材料 148
4.3.1　ZnO纳米片 148
4.3.2　Au掺杂ZnO纳米片 152
4.4　三维纳米结构ZnO基气体敏感材料—空心球结构纳米ZnO 155
4.4.1　三维空心球结构纳米ZnO基气体敏感材料的制备 155
4.4.2　三维空心球结构纳米ZnO基气体敏感材料的表征与分析 157
4.4.3　三维空心球结构纳米ZnO基气体敏感材料的气敏性能与机理 160
4.5　纳米多孔结构ZnO基气体敏感材料 165
4.5.1　纳米多孔结构ZnO基气体敏感材料的制备 165
4.5.2　纳米多孔结构ZnO基气体敏感材料的表征与分析 165
4.5.3　纳米多孔结构ZnO基气体敏感材料的气敏性能与机理 170
参考文献 174
第5章　TiO2基气体敏感材料与气体传感器 178
5.1　零维结构TiO2基气体敏感材料与气体传感器 178
5.1.1　零维结构TiO2基气体敏感材料的制备 178
5.1.2　零维结构TiO2基气体敏感材料的表征与分析 180
5.1.3　零维结构TiO2基气体传感器 190
5.2　一维纳米结构TiO2基气体敏感材料与气体传感器 202
5.2.1　一维纳米结构TiO2基气体敏感材料的制备 202
5.2.2　一维纳米结构TiO2基气体传感器 203
5.3　二维纳米结构TiO2基气体敏感材料与气体传感器 205
5.3.1　二维纳米结构TiO2基气体敏感材料的制备 205
5.3.2　二维纳米结构TiO2基气体传感器 206
5.4　三维纳米结构TiO2基气体敏感材料与气体传感器 208
5.4.1　三维纳米结构TiO2基气体敏感材料的制备 208
5.4.2　三维纳米结构TiO2基气体传感器 209
5.5　纳米多孔结构TiO2基气体敏感材料与气体传感器 211
5.5.1　纳米多孔结构TiO2基气体敏感材料的制备 211
5.5.2　纳米多孔结构TiO2敏感材料的表征与分析 213
5.5.3　纳米多孔结构TiO2气体传感器 215
参考文献 218
第6章　WO3基环境毒害气体敏感材料与气体传感器 223
6.1　概念和发展简史 223
6.2　结构与气敏机理 223
6.3　WO3基气体敏感材料的制备与表征 224
6.3.1　零维纳米结构WO3基气体敏感材料 225
6.3.2　一维纳米结构WO3基气体敏感材料 225
6.3.3　二维纳米结构WO3基气体敏感材料 227
6.3.4　三维纳米结构WO3基气体敏感材料 228
6.4　WO3基气体敏感材料的气敏性能提升方法 231
6.4.1　形貌调控 231
6.4.2　元素掺杂 232
6.4.3　贵金属修饰 233
6.4.4　形成异质结 235
6.4.5　光辐射 241
参考文献 242
第7章　MSnO3和LnFeO3基环境毒害气体敏感材料与气体传感器 251
7.1　概念和发展简史 251
7.2　结构与性质 252
7.3　LnFeO3基气体敏感材料 253
7.3.1　LnFeO3基气体敏感材料的制备 253
7.3.2　LnFeO3基气体敏感材料的表征与分析 256
7.3.3　LnFeO3基气体敏感材料的气敏性能与机理 258
7.4　MSnO3基气体敏感材料 261
7.4.1　MSnO3基气体敏感材料的制备 261
7.4.2　MSnO3基气体敏感材料的表征与分析 269
7.4.3　MSnO3基气体敏感材料的气敏性能与机理 269
参考文献 271
第8章　其他金属氧化物基气体敏感材料与气体传感器 276
8.1　In2O3基气体敏感材料与气体传感器 276
8.1.1　In2O3基气体敏感材料的制备 276
8.1.2　In2O3基气体敏感材料的表征与分析 277
8.1.3　In2O3基气体传感器 285
8.2　NiO基气体敏感材料与气体传感器 295
8.2.1　NiO基气体敏感材料的制备 296
8.2.2　NiO基气体敏感材料的表征与分析 297
8.2.3　NiO基气体传感器 300
8.3　CuO基气体敏感材料与气体传感器 302
8.3.1　CuO基气体敏感材料的制备 302
8.3.2　CuO基气体敏感材料的表征与分析 303
8.3.3　CuO基气体传感器 305
8.4　Co3O4基气体敏感材料与气体传感器 308
8.4.1　Co3O4基气体敏感材料的制备 309
8.4.2　Co3O4基气体敏感材料的表征与分析 310
8.4.3　Co3O4基气体传感器 314
8.5　CdIn2O4基气体敏感材料与气体传感器 316
8.5.1　CdIn2O4基气体敏感材料的制备 316
8.5.2　CdIn2O4基气体敏感材料的表征与分析 317
8.5.3　CdIn2O4基气体传感器 320
参考文献 323
第9章　导电高聚物基气体敏感材料与气体传感器 328
9.1　导电高聚物基气体敏感材料的结构与性质 328
9.1.1　聚苯胺 329
9.1.2　聚吡咯 330
9.1.3　聚（3, 4-乙烯二氧噻吩）∶聚（苯乙烯磺酸） 331
9.2　导电高聚物基气体敏感器件的性能提升策略 332
9.2.1　负载贵金属颗粒 333
9.2.2　与非导电材料复合 335
9.2.3　与导电材料复合 337
9.2.4　与金属氧化物复合 339
9.2.5　与新型二维材料复合 342
9.2.6　构建三元材料 344
参考文献 346
第10章　气体传感器可靠性试验与可靠性水平的评价及性能改善 350
10.1　气体传感器筛选方案设计 350
10.1.1　筛选项目的确定 351
10.1.2　筛选应力水平的确定 352
10.1.3　筛选时间的确定 352
10.1.4　筛选参数及电参数测量周期的确定 353
10.2　气体传感器寿命试验方案设计 353
10.2.1　试验样品的抽取方法和数量的确定 353
10.2.2　试验条件的确定 354
10.2.3　试验截止时间的确定 354
10.2.4　测试周期的确定 354
10.2.5　失效判据的确定 355
10.2.6　在试验中需解决的问题 355
10.3　气体传感器可靠性试验数据处理 355
10.3.1　试验数据处理的目的和方法 355
10.3.2　筛选试验结果及评价 356
10.3.3　寿命试验数据处理 358
10.4　提高气体传感器可靠性的措施 367
10.4.1　合理设计器件的结构 368
10.4.2　材料问题 368
10.4.3　工艺问题 369
参考文献 369