西门子进线电抗器6SE6400-3CC00-8BC3

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西门子进线电抗器6SE6400-3CC00-8BC3本司专业经营西门子PLC

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1991年，日本电气公司的教授S.Iijima[1]发现了碳纳米管，它是90年代发现的碳家族中第五种同素异形体，由自然界最强的Ｃ-Ｃ共价键结合而成。 碳纳米管的结构可看成是由石墨烯卷成的圆筒，碳原子在其表面呈螺旋状排列，特殊情况下可呈扶手椅和锯齿状。根据壁的层数，它可分为单壁和多壁两种；同时，根据手性矢量（n, m），它又分为金属性和半导体性两种：当n-m为3的整数倍时，其为金属性，其余情况下则为半导体性[2]。因为特有的力学、电子、化学性质，准一维管状分子结构和潜在应用价值，碳纳米管已成为化学界的一颗新星，引起了物理学家、化学家、材料学家极大的兴趣。各国皆投入了大量的人力、物力对它的性质、制备、应用进行了一系列的研究,并取得了可喜的成果。
    纳米碳管具有中空结构和大的壁表面积，对气体具有很大的吸附能力。由于吸附的气体分子与碳纳米管相互作用、改变了它的费米能级的变化进而引起宏观电阻发生较大改变，通过对电阻变化的测定即可检测气体的成分。因此，碳纳米管可来制作气体分子传感器。当前，J.Kong等人[3]已成功地研究了单根单壁半导体碳纳米管的气敏特性，为一维碳纳米管作为敏感材料构成气敏传感器的研究打开了大门。

　　二、碳纳米管气敏传感器的研究现状

1、用单壁碳纳米管制作气敏传感器
    
J.Kong等人[3]用化学气相沉积法在分散有催化剂的SiO2/Si基片上制得一根单壁半导体碳纳米管（）。其中，两种金属电极同连接一根半导体单壁碳纳米管（S-SWNT）连接，形成金属／S-SWNT／金属结构（图1(a)）并呈现出P型半导体的性质，其中SWNT直径1.8nm,金属电极20 nm的镍上覆盖一层60nm的金构成。现在，用气体检测试验来检测单根SWNT在不同气体中电阻的变化。把一根SWNT样品放在一个密封的500ml的玻璃瓶中，通入在空气或者氩气中稀释的NO2((2～200)×10-6)或H3(0.1%～1%)，得到了I/V关系曲线（如图1(b)和(c)所示）。
    
[$page]　　由曲线可知，在NH3气氛中其电导可减小2个数量级，而在NO2气氛中电导可增加3个数量级。这是因为半导体单壁碳纳米管在置于NH3气氛中时，价带偏离费米能级，结果使空穴损耗导致其电导变小；而在NO2气氛中时，期价带向费米能级靠近，结果使空穴载流子增加从而使其电导增加。
    
由于金属／S-SWNT／金属结构类似于空穴作为主要载流子的场效应管，所以当源极和漏极之间的电压一定时，电流随着栅极电压增大而减小（如图2所示）。图2中b曲线是未通入任何气体的栅电压电流关系曲线，曲线a和c的栅电压电流关系曲线分别是NH3和NO2气氛中测得的。未通入任何气体时，在栅电压为0V时，电流是15μA，若通入有NH3的气氛中时，电流则几乎变为0A。那么，如果测NH3气，我们就将初始栅电压设置在0V，则由上图可知样品的电导将减小两个数量级。若测NO2气体，先将栅电压设置在+4V，未通入NO2气体前则电流几乎为零，NO2通入后，电流大大增加，则其电导增加了3个数量级。这样可以使传感器在复杂的气体环境中具有选择性。
    
Zettle研究小组[4]发现，单壁碳纳米管的电性能与氧气的吸附有很大的关系。当单壁碳纳米管暴露于空气或氧气中时，半导体性的碳纳米管可以转变为金属性的碳纳米管。这不仅说明碳纳米管可以用做传感器的材料，也表明原来在空气中测量到的碳纳米管性能很可能与氧气有关。这就有助于更深刻认识碳纳米管作为气敏传感器敏感材料的气敏机理。

　　J.Zhao等人计算了NO2、 O2、 NH3、H2等气体吸附在单壁碳纳米管壁及管束间电子结构的变化，从理论上说明气体吸附过程改变了碳纳米管中的电荷分布，使之产生波动和转移，从而引起单壁碳纳米管宏观电阻的改变。
    
J.Kong等人[5] 随后又作出了通过Pt改性的半导体单壁碳纳米管，其表面有不连续的Pt金属薄膜，对H2更加敏感，且H2减少后其电阻又迅速恢复，这种半导体性单壁纳米碳管传感器不但具有更高的灵敏度、选择性，还有可在室温下工作的优点。

2、用多壁碳纳米管制作气敏传感器
    
O.K.Varghese等人[6]研究了用MWNTs（多壁碳纳米管） 制作传感器。他们设计了两种传感器形式：一种是在平面叉指型电容器上覆盖一层MWNTs/SiO2薄膜的结构（如图3所示），称其为电容式传感器；另一种为MWNTs弯曲电阻式，是用光刻的办法附在Si衬底上的SiO2膜上刻出一条弯曲的槽，然后在SiO2上利用化学气相沉定法生长MWNTs，称为电阻式传感器。

（1）用多壁碳纳米管制作电容式传感器
    
首先用高温热解法[7]在石英管壁上得到MWNTs。然后用平板叉指型电极和MWNTs/SiO2复合材料在印刷电路板上制作传感器。作为敏感材料的MWNTs/SiO2复合材料，制作方法是：刮下在石英管壁上可用的MWNTs，用超声波浴法把它们分散在甲苯中