开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
气敏传感器是一种根据空气中气体的种类和浓度不同转换成不同的电信号从而判断出环境中存在的气体状态的一种传感器。其对于危险气体的检测、监控有着至关重要的作用，广泛应用于家庭生活、工业生产、环境监测等方面[1]。
若按类型分类，气敏传感器分类主要有半导体型、电化学型、热传导型、压电体型、光学型、SAW型几大类[2]。其中，作为一种典型应用的半导体气体传感器的分类，如表1所示：
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半导体气敏传感器 |
金属氧化物气敏传感器 |
电阻式 |
表面电阻控制型 |
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体电阻控制型 |
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非电阻式 |
MOS二极管 |
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MOS场效应管 |
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二极管正流型 |
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有机半导体气敏传感器 |
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表1 半导体气敏传感器的分类[3]
气敏传感器的工作机理：
气敏传感器的工作机理由于其接触材料的不同，传感器种类的不同，其敏感原理不尽相同，现主要有三种理论，分别是表面电导理论、体电导理论和晶界势垒理论[3]。
气敏传感器性能参数主要有[4]：
1、灵敏度
传感器对于某一气体的灵敏程度，表示为R=Ra/Rg (Ra ：传感器空气中的电阻值，Rg:传感器待测气体的电阻值)，是传感器最重要的参数。
2、选择性
传感器在多种气体中对于某一特定气体的检测准确性，如何避免其他气体的干扰，对于传感器的设计具有重要意义。
3、响应时间和恢复时间
响应时间：传感器检测出气体所需的时间，测试过程中电阻值达到电阻变化量90%的时间。
恢复时间：恢复到空气状态后，传感器电阻值达到初始电阻90%的时间。
4、工作温度
传感器能够检测出气体时，对其加热的温度。
5、稳定性
检测气体浓度不变，传感器输出信号不变的能力。
氧化锌(ZnO)作为一种n型半导体金属氧化物，广泛存在于自然界，其六边纤锌矿结构具有较高的稳定性，无毒害作用，制作工艺简单，用其制成的气敏传感器灵敏度高，便于携带，应用广泛，1962年青山哲郎等人发现了ZnO薄膜的气敏性能，发现了气体浓度与ZnO阻值的关系，给出了“气敏传感器”的概念[2-3]；纳米尺度的ZnO具有比表面积大，小尺寸效应的优点，近年来受到了各国研究的青睐，ShindeS.D等用喷雾热解法合成了ZnO纳米棒，发现其在50℃对100*10^(-6)的H2S有很好的灵敏度和稳定性[5]；对纳米ZnO的掺杂可以提高热敏传感器的工作温度和对特定气体的选择性，对其深入研究具有重要价值，Guo.W.W.等通过水热法制备了分层的多孔ZnO纳米结构，并用钇元素修饰，发现其对甲醛的气敏性能大大提高[5]。
ZnO的常用制备方法：
ZnO的制备方法有很多，不同的物理化学制备方法各优缺点，例如化学气相沉积CVD法、磁控溅射法、水热法、溶胶凝胶法、静电纺丝法等[3-4]。
下面介绍两种最常用的制备方法水热法、热蒸发法、溶胶凝胶法、静电纺丝法。
1、水热法
将水溶液中的原材料置于密闭容器内，控制理想的浓度、反应时间、温度、压强、添加剂和模板等条件使其析出结晶，获得产物的过程。具有反应条件相对简单，易于控制，合成材料纯度高，晶型易于控制等优点。
2、热蒸发法
此法通过将原材料高温加热，通入气体将其吹到一端冷却，在基片上冷凝成固态获得产物的过程，制作过程简单，可获得多种纳米结构。
3、溶胶凝胶法
溶胶凝胶法是指将金属醇盐或无机物等反应物溶解在溶剂中，混合均匀经缩合、水解等反应得到溶胶，再将得到的溶胶陈化、干燥后转变成凝胶，最后焙烧固化成型。此法反应条件温和，成品均匀纯净，分散性较好。
4、静电纺丝法
静电纺丝法是将聚合物装入带金属针头的注射器中置于一定高度，正下方放置一张接地收集板，收集板和金属针头分别接一高压电源，产生的静电力场由上至下；在金属针头顶端的液滴里因静电斥力大于表面张力而形成喷射细流并在静电力场的作用下劈裂拉伸至纳米级纤维，沉积在收集板上。此法丰富灵活，改换针头可制成多类型的纳米纤维，能满足高比表面积和孔隙率材料的制备。
研究手段：
本课题利用WS-30A气敏测试仪对ZnO基气敏传感器的性能进行测试并完成数据分析，其测试工作原理如图1所示：
图1 WS-30A气敏测试系统
其中，测量电路分为加热回路和测量回路。在加热回路中，通过调节Ni-Cr合金丝两端的直流电压来对气敏传感器的工作温度进行调节。在测量回路中，直流电源电压固定，RL为负载电阻，Rsensor为气敏传感器电阻，V为电压表，其用来测量负载两端的电压。这样，通过读取电压表V来得知气敏传感器的电阻值。整个装置可以交替调节空气和目标气体气氛。通过WS-30A测试系统，可以在不同温度下对某一特定气体相同浓度一批样品测试其灵敏度与温度的曲线关系得出最佳工作温度；在最佳温度条件下观察不同浓度的某种气体测试浓度与响应时间、恢复时间的关系；在相同条件下对不同测试气体实验该气敏传感器的灵敏度，对其选择性的观测，得出最佳测试气体；在最佳温度下，等浓度某气体连续时长观测测试响应值判断稳定性的优劣。
拟研究或解决的问题：
ZnO的制备：
优异ZnO材料的制备对于ZnO基气敏传感器性能具有重要意义。为了得到较好的ZnO材料，结合文献调研、实验室实际情况和上述ZnO常用的制备方法，实验初步设计如下水热法制备方案。实验拟采用硝酸锌，六甲基四氨为原料，巧妙的水热方法制备ZnO。步骤如下：配成一定浓度的硝酸锌溶液、六甲基四氨溶液，将溶液倒入高压水热反应釜密封，90℃保温一定时间，反应完后冷却至室温后得到样品。
ZnO基气敏传感器的设计：
将制备好的ZnO材料用无水乙醇搅成糊状物均匀涂于一个空心氧化锌陶瓷管外壁或均匀分散后滴到叉指电极上，并将器件焊接到气敏元件底座上，将制备好的气敏元件放于400℃温度下老化，保证其稳定性。
ZnO基气敏传感器的性能测试与数据分析：
通过WS-30A气敏测试系统对制成的气敏传感器在不同气体气氛中测试，数据分析后得出最佳工作温度、灵敏度、响应时间-恢复时间、稳定性等主要性能指标，解释其作用机理，得出实验结论。
参考文献：
[1]李平,余萍,肖定全. 气敏传感器的近期进展[J]. 功能材料,1999,(02):15-17 21.
[2]刘冬雨. 氧化锌纳米材料的合成、改性及气敏特性研究[D].沈阳化工大学,2019.
[3]李文琪. 一维SnO2、ZnO空心纳米材料的构筑及其丙酮、乙醇气敏特性研究[D].西北师范大学,2015.
[4]赵燕. 氧化锌氧化锡气敏材料的合成与性能研究[D].哈尔滨工程大学,2015.
[5]宣天美,尹桂林,葛美英,林琳,何丹农. 纳米ZnO气敏传感器研究进展[J]. 材料导报,2015,29(01):132-136.
开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
气敏传感器是一种根据空气中气体的种类和浓度不同转换成不同的电信号从而判断出环境中存在的气体状态的一种传感器。其对于危险气体的检测、监控有着至关重要的作用，广泛应用于家庭生活、工业生产、环境监测等方面[1]。
若按类型分类，气敏传感器分类主要有半导体型、电化学型、热传导型、压电体型、光学型、SAW型几大类[2]。其中，作为一种典型应用的半导体气体传感器的分类，如表1所示：
