聚苯胺滲透納米孔Al2O3修飾硅基傳感器及氣敏特性研究.pdf

1、人們逐漸認識到室內(nèi)空氣污染有時比室外更會危害人體健康，如何采取安全預(yù)警措施避免事故發(fā)生已成為當今國家和社會十分關(guān)注的安全問題。目前，室內(nèi)污染氣體的檢測方法有很多，其中，傳感器法具有使用簡單，除維修校正外，無需操作可直接讀數(shù)，無需專業(yè)人員操作，適用于在線檢測等優(yōu)點。但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的傳感器因缺乏集成和嵌入功能，已無法滿足系統(tǒng)匹配的需求，而MEMS傳感器的高度集成化和兼容性為解決這一問題帶來希望。
　　MEMS傳感器以

2、硅基芯片為研究熱點，目前的硅基MEMS傳感器以壓力、加速度、位移等物理量傳感器為主。而對于化學(xué)量傳感器而言，硅基上需要沉積敏感材料，由于硅基的表面光滑，使之與敏感材料的親和性較差，造成敏感材料的附著結(jié)合性能較低，影響傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，成功的案例還很少。因此，開展適用于毒氣檢測的化學(xué)量傳感器的硅基芯片材料及微加工技術(shù)研究是很有必要的。
　　本文針對硅基表面光滑,不易與氣敏材料親和，提出在硅基底上引入中間層納米孔氧化鋁膜形成新型

3、硅基微結(jié)構(gòu)傳感器，通過ANSYS有限元仿真方法驗證結(jié)構(gòu)的合理性;開展基于鋁膜的陽極氧化工藝，將納米孔氧化鋁膜移植到硅基表面:以聚苯胺與金屬氧化物為源物質(zhì)，采用原位化學(xué)聚合方法合成聚苯胺/無機物復(fù)合材料，通過理化分析手段進行表征;通過微加工工藝、薄膜工藝、電化學(xué)陽極氧化工藝、溶膠凝膠工藝、焊接工藝等制成MEMS氣體傳感器，分別以苯蒸汽、氨氣和甲醛作為檢測對象，進行了性能測試和分析，同時對其敏感機理進行探討。研究的主要內(nèi)容如下:
　　

4、1.設(shè)計新型硅基微結(jié)構(gòu)芯片。在硅基微結(jié)構(gòu)中引入一層納米孔氧化鋁膜中間層，利用其表面的多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，增加基底與敏感材料之間的附著性。根據(jù)微加熱器、信號電極和納米孔氧化鋁層的位置不同，設(shè)計四個方案。根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計微熱板的具體結(jié)構(gòu)和尺寸，利用ANSYS有限元方法仿真計算各個方案中微結(jié)構(gòu)的溫度分布，根據(jù)仿真結(jié)果和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度選出最佳方案。
　　2.進行聚苯胺/無機物復(fù)合敏感材料的合成及特性研究。聚合物/無機復(fù)合材料可在低溫下使用，既

5、可以發(fā)揮高分子聚合物氣敏材料具有針對檢測對象進行適當?shù)母男?、修飾、設(shè)計合成的特點，又可以綜合無機材料的氣敏響應(yīng)特性，在一定程度上改善傳感器的選擇性、靈敏度、穩(wěn)定性等各項指標。研究聚苯胺/無機物復(fù)合敏感材料合成及改性過程，通過掃描電鏡、紫外可見光光譜、差熱失重等理化分析手段對敏感材料進行表征分析，確定其工藝正確性及最終產(chǎn)物的基本特性。
　　3.研究基于鋁膜的陽極氧化工藝以及介孔內(nèi)生長有機半導(dǎo)體的方法。在硅基底上通過磁控濺射和真空蒸發(fā)

6、法制備鋁膜，并通過電化學(xué)陽極氧化的方法制備成納米孔氧化鋁膜;研究鋁膜成膜技術(shù)，電化學(xué)拋光、電解液種類和濃度、鋁膜形成的方法等對納米孔氧化鋁膜的影響，以及納米孔氧化鋁膜的形成機理;通過溶膠凝膠法在納米孔氧化鋁膜表面形成敏感材料薄膜，并探討形成機理。
　　4.硅基微結(jié)構(gòu)傳感器的制備及測試。采用Fe/Cr/Al-Ni/Cr合金取代Pt電阻作為新的加熱器材料，研究其制備工藝及加熱特性。以半導(dǎo)體微加工工藝、薄膜工藝和電化學(xué)陽極氧化工藝為依托