半导体气敏元件在水果保鲜中的应用研究

分类：论文范文 发表时间：2020-09-08 09:32

　　摘 要 ：以溶胶一凝胶法制备 Sn()2和 In2()3纳米晶粉体，以沉淀法制备 WO。粉体材料。经过掺杂及表面修饰技术研制出对 低浓度乙烯、乙醇、HzS有较高灵敏度、较好选择性和较快响应恢复特性的旁热式管式元件。用制得的三种元件对草莓和香 蕉的存储过程进行测试，发现在水果存储过程中，各种气体在不同阶段释放的量是不同的，为水果的成熟度测试仪器的研究 创造 了条件。

　　关键词：水果保鲜；乙烯；气敏元件

　　半导体气敏元件是 现代传感器的重要分支 ，具 有很多优点。在工农业生产、环境保护 以及社会生 活很多方面都得到了广泛 的应用ll]。我国每年有 8000万吨(8×17t)的蔬菜水果腐烂 ，损失 总价值 近 800亿元 (￥8×10 )。造成水果腐烂损失 的最 重要原因就是保鲜不 当。因此 ，将气体传感器技术 应用于水果保鲜具有重要意义[5-9]。

　　1 实验部分

　　1．1 乙烯气敏元件的制作

　　采用溶胶一凝胶法制备 SnOe纳米粉。以SnCh· 5H2O为原料 ，加入柠檬酸为分散剂 ，用 0．5mol／L的 氨水滴定 ，控制溶液反应终了时 pH值为 3，经草酸回 溶制得溶胶 ，干燥、陈化后将所得凝胶在马弗炉中 500 ℃焙烧 3h制得 Sn 基体材料。在制得的材料中加人 5wt PdC1z后 涂 敷 于 旁 热 式 陶 瓷 管 表 面，经 500℃焙烧 3h后焊接到六角管座上制成元件。

　　1．2 H2S气敏元件 的制作

　　采用 沉 淀 法 制 备 WO。材 料 ，将 一 定 量 的 NazW04·2HzO溶 液缓 慢 滴 至沸 腾 的稀 H SO 中，不断搅拌 ，可看到有沉 淀生成 。将沉淀 陈化 、洗 涤 、过滤、烘干后 ，将所得材料 500℃焙烧 3小 时得 到 w()3气敏粉体材料 。掺杂 1wt CeO 后涂敷于 旁热式陶瓷管表 面，经 500℃焙烧 5小 时后焊接到 六角管座上制成元件 。

　　2 结果与讨论

　　以上制得 的三种元件对不 同浓度 乙烯、H S及 乙醇的测试结果如 图 1所示。

　　图 1给出了不同加热 电流 (温度 )时 ，元件对 乙 烯气体 的响应特性。可见 ，加热 电流为 100mA(约 120℃)时元件对 乙烯有较高的灵敏度 ，但是响应恢 复时间较长；加热 电流 为 120mA(约 150℃)时元 件 对 3ppm、10ppm、50ppm、200ppm (ppm 一 × 10 )乙烯 的灵 敏度 分别 为 2．1、5、10．2、25．5，对 10ppm乙烯 的响应时间为 20s；恢复时间为 110S； 加热电流为 140mA时元件 响应恢 复很快 ，但是灵 敏度不高。所以实验选择 120mA为其最佳工作 电 流。另外为了提高元件 的选择性 ，实验选用 4A分 子筛对元件进行修饰 ，修饰后 的元件对 10ppm 的 乙烯 ，乙醇和 H2S的灵敏度分别为 4．3，1．8和 1．5。

　　3 应用 部分

　　水果被采摘后 呼吸作用仍在进行 ，会释放 出乙 烯 、二氧化碳等气体。不 同状态下 的水果放 出的气 体种类、多少也 不尽 相 同。实验选 择 乙烯、乙醇 、 H。S三种气敏元件对草莓和香蕉进行测试 ，选择 乙 烯元件是因为水果本身释放出该种气体促进 自己成 熟 。选择乙醇元件是为 了测试 水果呼吸作用 的强 弱 ，由于乙醇只有在无氧呼吸时才能释放 ，所 以实验 中将被测水果 置放在充 满 Nz的气瓶 中，并于阴暗 处存放。选择 H。S元件是 因为水果腐烂 以后会放 出少量 H S气体。

　　4 结 论

　　分别制作 了选择 性好 、响应恢 复性快 的 乙烯 、 H S、乙醇气敏元件 。其 中乙烯气敏元件在加热 电 流为 120mA 时对 10ppm 的乙烯的灵敏度为 4．3。 H2S气敏元件在加热 电流为 100mA 时对 10ppm 的 H s的灵敏度为 5。乙醇气敏元件在加热电流为 120mA时对 10ppm 的乙醇的灵敏度为 8．3。 用制得的三种元件对草莓和香蕉的存储过程进 行了测试 ，发现水果在不 同阶段释放出的气体 的成 分和量是不 同的，整体看来 ，在果蔬腐烂之前先有乙 醇的较大 变化 ，H。s在果 蔬腐 烂过 程 中有一 个 峰 值 ，乙烯只在果蔬腐烂后才较 多的释放 。实验根据 测试结果对水果 的成熟度进行 反推，为便携 式水果 成熟度仪器的研究创造了条件 ，为改善水果保鲜 的 条件奠定了基础 。

　　参考文献:

　　[1]全宝富,邱法斌电子功能材料及元器件[M第一版)吉林大学出版社,2001:83-106

　　2]常剑,蒋登高,詹自力,宋文会.半导体金属氧化物气敏材料敏感机理概述[J].传感器世界,20038:1417.

　　[3]徐甲强,秦建华,张惠敏,安春仙.半导体气体传感器的选择性研究[J].传感器世界,1997,8:7-12.

　　[4]潘小青,刘庆成气体传感器及其发展[]东华理工学院学报,2004,27(1):89-93.

　　作者张海峰 ，钟铁 钢 ，梁喜双 ，全 宝富

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