气敏传感器的性能优化

气敏传感器都有一个最优化的工作温度，只有在该温度下传感器才能发挥出最好的气敏性能，这是因为在较低温度时检测气体没有足够的活化能与材料表面的吸附氧发生化学反应。但是如果温度太高，材料的表面又不会吸附足够的吸附氧，所以优化温度的选择是非常重要的。图2.4.3（a）为该ZnO 纳米片制成的气敏传感器在200 ～500 ℃的工作温度下对5×10-5 的乙醇气体的灵敏度的变化情况。从图中可以看出，该传感器在300 ℃时具有最高的灵敏度62.9，然而当温度超过300 ℃时灵敏度就会降低。传感器的灵敏度也与气体的浓度有关，图2.4.3（b）为该ZnO 纳米片制成的气敏传感器在300 ℃优化工作温度下对不同浓度乙醇气体的灵敏度，结果表明，该传感器对乙醇具有很宽的探测范围，为5×10-6 ～1×10-3。当乙醇气体的浓度范围为5×10-6 ～2×10-4 时，传感器的灵敏度随着浓度的增加呈直线上升，然而当气体的浓度超过2×10-4 时，灵敏度的增加逐渐缓慢下来。该传感器最终在8×10-4 的乙醇气体中达到饱和状态。

响应恢复时间也是气敏传感器的一个重要参数。图2.4.4（a）为该ZnO 纳米片制成的气敏传感器在300 ℃的工作温度下对5×10-5 乙醇气体的响应恢复时间。从图中可以看出，该传感器具有较快的响应恢复过程，它的响应时间和恢复时间分别为4 s 和9 s。图2.4.4（b）为该ZnO 纳米片制成的气敏传感器在300 ℃的工作温度下对不同浓度乙醇气体的响应恢复时间。该传感器对5×10-6，1×10-5，2×10-5，4×10-5，5×10-5 和1×10-4 的乙醇气体浓度的灵敏度分别为2.4，6.6，22，49.6，62.9 和108.2，并且该传感器的响应恢复时间不会超过6 s 和10 s。这种迅速的响应恢复特征归因于该纳米片具有的网状和多孔结构，能够使气体很快地在该纳米片的表面弥散开来并进入下层的纳米片，能够与更多的吸附氧反应，从而提高了灵敏度和缩短了响应恢复时间。

图2.4.3　ZnO 纳米片制成的气敏传感器对乙醇气体的灵敏度

图2.4.4　ZnO 纳米片制成的气敏传感器在300 ℃的工作温度下对不同浓度的乙醇气体的响应恢复时间(www.xing528.com)

图2.4.5 为该ZnO 纳米片制成的气敏传感器在300 ℃的工作温度下对5×10-5的各种有机气体的灵敏度，包括甲烷（CH4）、氨气（NH3）、乙醇（C2H5OH）、甲醛（HCHO）、甲醇（CH3OH）、一氧化碳（CO）、氢气（H2）、乙炔（C2H2）和硫化氢（H2S）。从图中可以看出该传感器对甲醛、甲醇、一氧化碳、氢气和硫化氢有很小的灵敏度，没有一个超过15，对甲烷、氨气和乙炔几乎没有灵敏度，而对乙醇的灵敏度高达62.9，由此可知，该传感器在这些有机气体中对乙醇具有选择性探测作用。

图2.4.5　ZnO 纳米片制成的气敏传感器在300 ℃的工作温度下对5×10-5 的各种有机气体的灵敏度

我们对该气敏传感器的稳定性也进行了检测，如图2.4.6 所示，该传感器在老化了60 d 后仍然对乙醇气体有较好的灵敏度，虽然灵敏度有所波动但是一直保持在60 d 左右，表明该传感器具有较好的稳定性。

图2.4.6　ZnO 纳米片制成的气敏传感器在300 ℃的工作温度下对5×10-5 的乙醇气体灵敏度的稳定性