基于MEMS技術(shù)鈀鉑體系甲烷催化燃燒傳感器研究

【摘要】：傳感器的發(fā)展方向是低功耗、微型化和智能化。采用MEMS技術(shù)的微加熱器作為加熱元件,制備基于MEMS技術(shù)的低功耗甲烷催化燃燒傳感器現(xiàn)已成為甲烷催化燃燒傳感器研究的一個(gè)重要發(fā)展方向。但這種微加熱器的加熱區(qū)面積很小(-0.01mm2),由此帶來(lái)的催化劑負(fù)載量小、測(cè)量過(guò)程中甲烷催化燃燒產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度弱、信噪比較小、難以實(shí)用化等一系列問(wèn)題。本論文針對(duì)上述問(wèn)題,采用兩種不同的方法創(chuàng)造性地將疏松多孔的氧化鋁薄膜載體、納米結(jié)構(gòu)催化劑引入甲烷催化燃燒傳感器結(jié)構(gòu)中,通過(guò)有效增大催化劑與甲烷氣體的接觸面積,提高催化元件對(duì)甲烷催化燃燒的信號(hào)強(qiáng)度。 采用溶膠凝膠法制備了疏松的介孔氧化鋁薄膜載體和貴金屬Pd, Pt/Al2O3復(fù)合薄膜。采用Spin-Coating技術(shù),分別將其涂覆在微加熱器上,制備基于MEMS技術(shù)甲烷催化燃燒傳感器。對(duì)制成的傳感器進(jìn)行甲烷輸出信號(hào)的測(cè)試,該傳感器的T90小于17s,輸出信號(hào)線性好,功耗僅為傳統(tǒng)元件的1/5。 采用反相微乳液法制備了疏松多孔的氧化鋁薄膜載體和貴金屬Pd, Pt/Al2O3復(fù)合薄膜。具有較高的比表面積,分別為320m2/g和119m2/g。采用Spin-Coating技術(shù),分別將其涂覆在微加熱器上,制備基于MEMS技術(shù)甲烷催化燃燒傳感器。對(duì)制成的傳感器進(jìn)行甲烷輸出信號(hào)的測(cè)試,該傳感器的T90小于22s,輸出信號(hào)線性好,功耗僅為傳統(tǒng)元件的1/5。 為解決傳感器黑白元件配對(duì)問(wèn)題,防止進(jìn)行甲烷輸出信號(hào)的測(cè)試時(shí)基線發(fā)生偏移,我們采用并聯(lián)電阻的方法,即將可調(diào)電阻并聯(lián)在白元件的電阻上,通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的阻值,使白元件達(dá)到與黑元件的配對(duì)良好的效果?；诮榭捉Y(jié)構(gòu)Pd, Pt/Al2O3薄膜的MEMS甲烷催化燃燒傳感器通入50%LEL的甲烷,輸出信號(hào)達(dá)3mV；反相微乳液法制備高比表面貴金屬?gòu)?fù)合薄膜的MEMS甲烷催化燃燒傳感器通入50%LEL的甲烷,輸出信號(hào)達(dá)8mV。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 催化燃燒 傳感器 鈀鉑 MEMS
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 文獻(xiàn)綜述9-23
• 1.1 引言9
• 1.2 甲烷傳感器概述9-16
• 1.2.1 甲烷傳感器的分類9-13
• 1.2.2 MEMS傳感器13-16
• 1.3 用于甲烷催化燃燒傳感器的催化劑16-21
• 1.3.1 貴金屬催化劑16-20
• 1.3.2 金屬氧化物催化劑20-21
• 1.4 論文的選題及意義21-23
• 第2章 基于介孔結(jié)構(gòu)Pd,Pt/Al_2O_3薄膜的MEMS甲烷催化燃燒傳感器研究23-44
• 2.1 引言23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-31
• 2.2.1 原料與試劑23
• 2.2.2 溶膠的制備23-24
• 2.2.3 材料表征24-25
• 2.2.4 基于MEMS技術(shù)低功耗甲烷催化燃燒傳感器的制備25-30
• 2.2.5 基于MEMS技術(shù)低功耗甲烷催化燃燒傳感器性能測(cè)試30-31
• 2.3 結(jié)果與討論31-43
• 2.3.1 傳統(tǒng)LEL傳感器用貴金屬催化劑催化活性評(píng)價(jià)31-32
• 2.3.2 微加熱器電阻溫度系數(shù)測(cè)定32-34
• 2.3.3 傳感器工作溫度測(cè)定34-35
• 2.3.4 材料結(jié)構(gòu)研究35-39
• 2.3.5 基于MEMS技術(shù)的低功耗甲烷催化燃燒傳感器的性能研究39-43
• 2.4 本章小結(jié)43-44
• 第3章 反相微乳液法制備高比表面貴金屬?gòu)?fù)合薄膜及MEMS甲烷催化燃燒傳感器研究44-62
• 3.1 引言44
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分44-49
• 3.2.1 原料與試劑44-45
• 3.2.2 貴金屬Pd,Pt/Al_2O_3復(fù)合反相微乳液制備45-46
• 3.2.3 材料表征46
• 3.2.4 基于MEMS技術(shù)低功耗甲烷催化燃燒傳感器的制備46-48
• 3.2.5 基于MEMS技術(shù)低功耗甲烷催化燃燒傳感器性能測(cè)試48-49
• 3.3 結(jié)果與討論49-61
• 3.3.1 材料結(jié)構(gòu)研究49-53
• 3.3.2 基于MEMS技術(shù)的低功耗甲烷催化燃燒傳感器的性能研究53-61
• 3.4 本章小結(jié)61-62
• 第4章 并聯(lián)電阻法改進(jìn)MEMS甲烷催化燃燒傳感器性能研究62-68
• 4.1 引言62
• 4.2 基于介孔結(jié)構(gòu)Pd,Pt/Al_2O_3薄膜的并聯(lián)電阻法改進(jìn)的MEMS甲烷催化燃燒傳感器研究62-65
• 4.3 反相微乳液法制備高比表面貴金屬?gòu)?fù)合薄膜及并聯(lián)電阻法改進(jìn)的MEMS甲烷催化燃燒傳感器研究65-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第5章 總結(jié)與展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 致謝75-76
• 在讀期間發(fā)表及待發(fā)表的論文76

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