基于MEMS技术钯铂体系甲烷催化燃烧传感器研究

【摘要】：传感器的发展方向是低功耗、微型化和智能化。采用MEMS技术的微加热器作为加热元件,制备基于MEMS技术的低功耗甲烷催化燃烧传感器现已成为甲烷催化燃烧传感器研究的一个重要发展方向。但这种微加热器的加热区面积很小(-0.01mm2),由此带来的催化剂负载量小、测量过程中甲烷催化燃烧产生的信号强度弱、信噪比较小、难以实用化等一系列问题。本论文针对上述问题,采用两种不同的方法创造性地将疏松多孔的氧化铝薄膜载体、纳米结构催化剂引入甲烷催化燃烧传感器结构中,通过有效增大催化剂与甲烷气体的接触面积,提高催化元件对甲烷催化燃烧的信号强度。 采用溶胶凝胶法制备了疏松的介孔氧化铝薄膜载体和贵金属Pd, Pt/Al2O3复合薄膜。采用Spin-Coating技术,分别将其涂覆在微加热器上,制备基于MEMS技术甲烷催化燃烧传感器。对制成的传感器进行甲烷输出信号的测试,该传感器的T90小于17s,输出信号线性好,功耗仅为传统元件的1/5。 采用反相微乳液法制备了疏松多孔的氧化铝薄膜载体和贵金属Pd, Pt/Al2O3复合薄膜。具有较高的比表面积,分别为320m2/g和119m2/g。采用Spin-Coating技术,分别将其涂覆在微加热器上,制备基于MEMS技术甲烷催化燃烧传感器。对制成的传感器进行甲烷输出信号的测试,该传感器的T90小于22s,输出信号线性好,功耗仅为传统元件的1/5。 为解决传感器黑白元件配对问题,防止进行甲烷输出信号的测试时基线发生偏移,我们采用并联电阻的方法,即将可调电阻并联在白元件的电阻上,通过调节可调电阻的阻值,使白元件达到与黑元件的配对良好的效果。基于介孔结构Pd, Pt/Al2O3薄膜的MEMS甲烷催化燃烧传感器通入50%LEL的甲烷,输出信号达3mV；反相微乳液法制备高比表面贵金属复合薄膜的MEMS甲烷催化燃烧传感器通入50%LEL的甲烷,输出信号达8mV。 【关键词】：甲烷 催化燃烧 传感器 钯铂 MEMS
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 文献综述9-23
• 1.1 引言9
• 1.2 甲烷传感器概述9-16
• 1.2.1 甲烷传感器的分类9-13
• 1.2.2 MEMS传感器13-16
• 1.3 用于甲烷催化燃烧传感器的催化剂16-21
• 1.3.1 贵金属催化剂16-20
• 1.3.2 金属氧化物催化剂20-21
• 1.4 论文的选题及意义21-23
• 第2章 基于介孔结构Pd,Pt/Al_2O_3薄膜的MEMS甲烷催化燃烧传感器研究23-44
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-31
• 2.2.1 原料与试剂23
• 2.2.2 溶胶的制备23-24
• 2.2.3 材料表征24-25
• 2.2.4 基于MEMS技术低功耗甲烷催化燃烧传感器的制备25-30
• 2.2.5 基于MEMS技术低功耗甲烷催化燃烧传感器性能测试30-31
• 2.3 结果与讨论31-43
• 2.3.1 传统LEL传感器用贵金属催化剂催化活性评价31-32
• 2.3.2 微加热器电阻温度系数测定32-34
• 2.3.3 传感器工作温度测定34-35
• 2.3.4 材料结构研究35-39
• 2.3.5 基于MEMS技术的低功耗甲烷催化燃烧传感器的性能研究39-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第3章 反相微乳液法制备高比表面贵金属复合薄膜及MEMS甲烷催化燃烧传感器研究44-62
• 3.1 引言44
• 3.2 实验部分44-49
• 3.2.1 原料与试剂44-45
• 3.2.2 贵金属Pd,Pt/Al_2O_3复合反相微乳液制备45-46
• 3.2.3 材料表征46
• 3.2.4 基于MEMS技术低功耗甲烷催化燃烧传感器的制备46-48
• 3.2.5 基于MEMS技术低功耗甲烷催化燃烧传感器性能测试48-49
• 3.3 结果与讨论49-61
• 3.3.1 材料结构研究49-53
• 3.3.2 基于MEMS技术的低功耗甲烷催化燃烧传感器的性能研究53-61
• 3.4 本章小结61-62
• 第4章 并联电阻法改进MEMS甲烷催化燃烧传感器性能研究62-68
• 4.1 引言62
• 4.2 基于介孔结构Pd,Pt/Al_2O_3薄膜的并联电阻法改进的MEMS甲烷催化燃烧传感器研究62-65
• 4.3 反相微乳液法制备高比表面贵金属复合薄膜及并联电阻法改进的MEMS甲烷催化燃烧传感器研究65-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第5章 总结与展望68-69
• 参考文献69-75
• 致谢75-76
• 在读期间发表及待发表的论文76

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