利用气敏传感器检测SF6分解组分信息可评估GIS设备运行状态, 及早发现绝缘缺陷。金属掺杂的SnP3单层有着良好的吸附性能, 在气体检测领域具有应用前景。本文基于第一性原理计算并分析了Pd-SnP3单层吸附SO2、H2S、SOF2和SO2F2后体系的吸附能、态密度、能隙与解吸时间等参数, 探讨其用于气体传感器的可能性。结果表明: 在吸附性能方面, Pd-SnP3单层仅对SO2F2发生了化学吸附, 且结合态密度、差分电荷密度与转移电荷分析进一步验证了该材料对SO2F2的吸附效果明显优于SO2、H2S和SOF2; 在传感特性方面, 仅有SO2F2的吸附使体系的能隙发生了明显变化, 且该气体可在398 K及以上温度下从Pd-SnP3单层表面快速脱吸附。综合分析, Pd-SnP3单层对SO2F2具有高选择性和检测性。因此, Pd-SnP3单层具有成为检测SO2F2气敏材料的潜质。本研究为Pd-SnP3单层在气敏材料领域的应用提供理论基础。

为了提高室温下多孔硅对NO₂气体的灵敏度，提出采用化学气相输运沉积法在多孔硅表面生长VO₂纳米颗粒，形成多孔硅基VO₂纳米颗粒复合结构，通过调节VO₂的沉积压强来改变VO₂纳米颗粒的尺寸，研究其对多孔硅基VO₂纳米颗粒复合结构室温气敏性能的影响。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪和透射电子显微镜对复合结构的微观形貌、物相和晶体结构进行表征分析。实验结果表明，在沉积压强为330 Pa下获得的复合结构，对摩尔分数为5×10^-6 的NO₂的室温灵敏度达到最大（13.15），是多孔硅灵敏度的5.95倍，并具有良好的选择性。对NO₂展现出优异的气敏性能是由于粒径较小的VO₂纳米颗粒表面活性增强，与多孔硅之间形成较宽的耗尽层，从而提高了气敏性能。该研究将有助于提升多孔硅在NO₂气敏传感器中的应用。

金属氧化物半导体气敏传感器因其灵敏度高、制造成本低、测量方式简单易行等特点受到了广泛关注,在有毒有害气体实时监测方面极具应用潜力。在制备过程中, 掺杂作为常用的改性工艺之一, 得到了国内外学者的广泛关注。文中将从掺杂的角度综述制备金属氧化物半导体气敏传感器的研究进展,其中包括一元纯金属氧化物、纯金属掺杂、稀土元素掺杂、复合金属氧化物、金属氧化物掺杂等。并对现阶段存在的问题及发展趋势进行了概述。

由于煤气、天然气泄漏、爆炸造成的事故时有发生,极大威胁着人民的生命和财产安全。为了避免类似灾难的发生,设计了一种以气敏传感器为主要元件的小型便携式甲烷浓度监测报警装置电路。采用TGS813气敏传感器,利用在不同气体浓度中传感器有不同的导电率这一特性,将传感器与负载串联,气体浓度变化即引起负载电压变化,读取这一变化电压,经比较、放大后实现报警功能。该设计电路简单,成本低廉,操作方便,适合家庭安装使用。

通过在长周期光纤光栅包层外涂覆一层溶胶凝胶气敏薄膜, 设计了一种新型高灵敏光气敏传感器, 折射率分辩率高达10－8。研究了传感器灵敏度随薄膜参数与光栅参量的变化关系, 给出了高灵敏度所需的最佳参数设计范围。实验上成功制作了镀膜光纤光栅乙醇传感器。

基于三包层长周期光纤光栅模型，研究了包层表面涂覆一层溶胶凝胶气敏薄膜的长周期光纤光栅化学传感器的灵敏度Sn与薄膜光学参量(折射率n3和厚度h3)和光纤光栅结构参量(光栅周期、折变量和光栅长度)之间的关系。采用最优化数值方法，找到了获得高灵敏度所需的最佳膜层光学参量和光栅结构参量。理论计算表明，该类型传感器对膜层折射率的测量分辨率高达10-8。实验上制作了对乙醇气体敏感的传感器，并证实了传感器结构优化的必要性。

首先利用耦合模理论研究了长周期光纤光栅LPFG折射率敏感特性,数值计算了长周期光纤光栅透射谱谐振波长与环境介质折射率的关系.其次分析了半导体氧化物气敏膜光学特性机理,当气体与薄膜接触时,气体会使敏感膜的消光系数、吸收系数和相应的折射率发生变化.基于上述两点,提出可将气敏膜涂于光栅表面,利用气敏膜的折射率随环境气体成分和浓度变化而变化的特性,从而影响LPFG透射谱谐振波长的变化,通过检测波长的变化达到探测气体成分和浓度的目的.由于长周期光纤光栅对环境介质折射率的灵敏度高于光纤,且其传感信号属于波长调制,测量信号不受光强波动及光纤损耗的影响,因此其灵敏度比强度型光纤气体传感器高.

采用光度法以及椭圆偏振法测量技术对掺有贵金属或过渡金属元素的SnO2薄膜以及在不同PO2/PAr比条件下制备的VOx系列的薄膜进行了系统的光学气敏特性测试.比较了各种薄膜对SO2气体的光学气敏特性,发现在一定条件下制备的SnO2/Pd、VOx薄膜对SO2气体在可见光区有很好的灵敏性,SnO2/Zr薄膜对SO2气体在近红外区有很好的灵敏性.定性地用光学能隙的变化和自由载流子浓度的变化说明了薄膜在吸附气体后的光学性质的变化.