孔径分布对多孔气体传感器气敏性能的影响.pdf

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1、第25卷第9期传感技术学报Vo1．25No．92012年9月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSSep．2012POreSizeDistributionEct0ntheGasSensitiveCharacteristicsofPorousGasSensorL／Mingchun。JIGYu(SchoolofMaterialScienceandEngineering，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，China)Abstract：Abim

2、oda1distributionoftheprobabilitydensityfunctionwasusedtoconstructtheporesizedistributi0nmodel，andthesimulationresultsarevalidatedbycomparingwiththeexperimentaldata．Takingtheporestructureeffectsintoaccount，adiffusion—reactionmathematicalmodelhasbeenestablishedandsol

3、vedtostudytheeffectofporesizedistributiononresponsetime，sensitivityandselectivityofporousgassensor．Theresultsindicatethat，porestructurewithbimodalporesizedistributionisofcertainpracticalsignificancetotheimprovementoftheresponserate，sensitivityandselectivityofgassen

4、sor．Diffusionresistancewasoppositetothespecificsurfaceareaastheporestructurechanges，whichhavecooperativeeffectonthesurfacereactionrateoftargetgas．Therelativesensitivityhasamaximumvaluewhentheprobabilityofsubsequentpeakincreasedfrom0to1．Whilethe80％responsetimeofthep

5、orousgassensorshortenedgraduallyastheprobabilityofsubsequentpeakincreases．Keywords：gassensor；porousstructure；numericalsimulation；bimodaldistribution；responserate；sensitivityEEACC：7230L；0290D；2520Edoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2012．09．003孑L径分布对多孑L气体传感器气敏性能的影响冰李明春，静宇(

6、沈阳工业大学材料科学与工程学院，沈阳110870)摘要：采用一种可双峰分布的概率密度函数构建孔径分布模型，并与实验测量结果进行对比验证。建立了包含孔结构影响的气体扩散一反应数学模型，数值研究了多孔气体传感器内孔径分布形态对响应时间、灵敏度和选择性的影响规律。计算结果表明，双峰分布孔结构对提高传感器的气敏性能具有一定实际意义。孔结构变化时，孔内扩散阻力和比表面积呈相反变化趋势，共同影响传感器内被测气体的表面反应速率。多孔气体传感器对被测气体的80％响应时间随副峰概率的增大而逐渐缩短。多孑L气体传感器的相对灵敏度则随副峰概率呈极

7、值性变化，具有极大值。关键词：气体传感器；多孔结构；数值模拟；双峰分布；响应速度；灵敏度中图分类号：TB34文献标识码：A文章编号：1004-1699(2012)09-1189-05半导体气体传感器可分为烧结体型、厚膜型和行表征，其研究结果表明介孔体积分数是影响湿敏薄膜型三类，无论哪一种都要涉及气敏材料表面及滞后性的主要因素。文献[5—7]的实验研究也证实其内部与被测气体的吸附和交换反应。所以，多孔材料的孔结构分布直接影响其气敏性能。但目前，结构气体传感器因其具有更高的活性表面积和灵敏关于多孔气体传感器的研究主要集中在多孔气

8、敏材度而成为近年来的研究热点。料的合成制备方法和性能表征上J，对材料孔隙多孔气体传感器内的质量传递过程和吸附反应结构特征与其内部气体输运及传感器气敏性能之间速率都与孔结构密切相关¨J，因此，孑L径大小和分内在规律的研究较少。现有实验方法(压汞法、x射布对材料的气敏特性影响显著。Gardne