文档介绍：西安工业大学
硕士学位论文
基于神经网络的纳米ZnO气敏传感器阵列研究
姓名:吴琳琅
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:范新会
20100525
研究生签字:互基于神经网络的纳米舸ǜ衅髡罅醒芯摘要学科:材料加工工程指导教师签字:与纯的及舢、掺杂的纳米<啾龋罢叨曰旌掀宓牧槊舳雀撸罡吡槊随着科技的发展和环保意识的提高,人们对复杂条件下混合气体检测设备的性能提出了更高的要求,而目前正在使用的检测设备越来越不能适应这些要求。因此,开发高性能气敏传感器阵列和智能模式识别技术缛斯ど窬相结合的电子鼻系统,已是研究复杂混合气体检测的主要方向之一。本工作以改进的物理热蒸发法制备出纯的一维纳米舨牧霞癆直鸩粼拥母咝阅芤晃擅譠基气敏材料,通过纳米基气敏传感器阵列与人工神经网络相结合的方法,分析纳米粼<婺勘混合气体组分与浓度的变化规律,完成一系列目标混合气体榉趾拖对浓度高低的识别研究,并初步分析元件的气敏机理,获得了如下主要研究结果:帽竟ぷ鞯难分票讣际跤牍ひ眨苫竦眯蚊擦己谩⑷毕菁俚腪纳米线,尤其是掺杂。后纳米线团聚现象消失,且每根纳米线的直径沿长度方向非常均匀,这使纳米线的比表面积大大增加,气敏性能提高。诒竟ぷ鞯囊幌盗心勘昊旌掀、、中,掺杂的纳米<<階掺杂的纳米粼<洌笨烫崛〉拿舾刑卣魇荽嬗忻飨圆钜臁R虼耍利用上述气敏元件构建气敏传感器阵列可获得最利于神经网络识别的输出信号。竟ぷ骼肂窬缃档土四擅譠基气敏传感器的交叉敏感性对气体识别的干扰,提高了对目标混合气体组分与相对浓度高低识别的精度,其网络误差值小于%。竟ぷ髦懈咝阅苣擅譠基气敏传感器阵列与神经网络组成的电子鼻系统,对目标混合气体淖榉钟胂喽耘ǘ雀叩投季哂辛己玫氖侗鹉芰Γ侗鸪功率达到ァ
关键词:气敏传感器阵列;擅紫撸徊粼樱籅窬
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髀半导体气敏传感器人们在工作中与生活中会接触到各种类型的气体,如液化石油气、天然气、瓦斯等,这些气体易燃易爆,疏忽大意时危害极大【NH繁I肷畹陌踩ǎ杈】煅兄埔套准确有效的气体检测设备与报警系统,对有毒有害气体进行实时监控。其中,半导体气敏传感器因其价格低廉、灵敏度高、,通过与之接触的半导体气敏材料经过一系列化学反应后,转换成电学信号的一类传感器件,最常用的半导体气敏材料多为半导体金属氧化物【俊K难芯渴加甑腂取疽峭ü笛榉⑾盅趸亚铜的电阻值随水蒸气吸附量的增加而变化的事实。经过数十年的发展,半导体金属氧化物已成为制备气敏传感器件极为重要的材料之一。目前,半导体气敏传感器主要可以分为两大类【浚焕辔5缱枋桨氲继迤舸ǜ衅鳎另一类为非电阻式半导体气敏传感器。电阻式半导体气敏传感器大多采用的是金属氧化物半导体材料,如、、等。它大致又可分为两种类型,即表面电阻控制型和体电阻控制型。表面电阻控制型半导体气敏传感器暴露在待测气体中时,会引起气敏材料表面电阻值的变化,通过分析电阻值的变化量实现对气体的检测。这类气敏材料主要制备成线状,薄膜、厚膜等形貌,其工作温度范围为室温一..洌话阌于检测可燃性气体,属于这类气敏传感器的半导体材料主要有、龋死啻ǜ器目前应用最广泛。体电阻控制型半导体气敏传感器暴露在待测气体中时,其内部晶体结构会发生改变,使材料的电阻值发生变化,由此实现对气体的检测,。墓ぷ魑露任一,的工作温度为以上,一般用于检测氧气、可燃性气体等。非电阻式半导体气敏传感器主要包括金属一半导体二极管、金属一氧化物一半导体二极管等类型【,此类传感器应用较少,通常用于检测包含氢元素的气体,如、⒁蚁┑,在适当的温度条件下,当气敏材料暴露在待测气体中时,其电导率值发生变化,将变化的电信号输出并转换为和气体组分与浓度相关的信息,实现对气体的检测【。注】。
通常利用半导体气敏传感器进行气体检测时,待测气体分子接触气敏材料表面首先发生的是物理吸附,被吸附的气体分子在材料表面自由扩散,运动能量逐步损耗,其中一部分被吸附的气体分子蒸发,残留气体分子将发生化学吸附。若吸附气体分子的电子亲和力大于气敏材料的功函数,则吸附气体分子将从气敏材料中获取电子成为负离子吸附,此时气敏材料表面变为正离子层,具有这种吸附倾向的气体被称为电子接收性气体,即通常所指的氧化型气体,主要为氧气和氮氧化合物。若吸附分子的电子亲和力小于气敏材料的功函数,则气敏材料将从被吸附气体分子中获取电子成为正离子吸附,此时气敏材料表面变为负离子层,这种具有正离子吸附倾向的气体称为电子供