基于Ti3C2Tx气敏器件制备及系统设计研究.pdfVIP

昌吉学院硕士学位论文

摘要

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随着社会经济的迅猛发展，人们对能源的需求日益增加，特别是对煤炭、石油、

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天然气等化石能源的加速开采和燃用导致了一系列的空气污染问题，给人类的生命健

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康带来了严重威胁。大量的能源物质的人燃烧会导致大量有毒有害物质在空气中累积，

这些物质通过呼吸进入呼吸道引发一系列呼吸道疾病。同时，恶劣的空气质量会引发生

活中的不适感，影响睡眠、工作效率和社交活动，给人们的生理和心理都带来严重负担。

Zhang等（2017）通过在中国家庭跟踪调查数据（CFPS）时发现，在排除了天气等因素

APIShort-termhedonic

后，空气污染（，空气污染指数）明显降低了居民的即时幸福感（

unhappiness）,因而空气质量恶化从一定程度上解释了“伊斯特林悖论”在我们国家一样

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存在。二氧化氮（NO）作为空气污染中的有害物质之一，有报道显示，极少量的二

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氧化氮就可能会对人们的身体健康造成损害，约1ppm的NO2可能会对人体的呼吸系统

和视力造成不同程度的损害。因此，研发出一款快速准确、高气敏性能、检测限度更低

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的NO气体传感器尤为重要。目前为止，依据气体传感器的工作原理已有包括电化学、

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光学、声学和半导体式等十几种气体传感种类。这其中金属氧化物（MOS）类

型的传感器以灵敏度高、重复性好、易于制造、成本低廉等优点受到研究人员的喜爱。

本论文采用环保、简单的水热法成功制备了TiCT/CuO纳米复合材料。采用多种

32x

仪器设备对复合材料进行了表征，发现TiCT和CuO之间形成了明显的异质结，同时

32x

TiCT/CuOTiCT/

32x纳米复合材料比纯的32x有更高的比表面积和吸附扩散区域、重复性、

稳定性更好的优点。

进一步，将研制出的TiCT/CuO纳米复合材料与以MSP430F149单片机为核心的

32x

信号采集电路、电源供电电路、OLED显示电路、报警电路等组成NO气体传感器检测

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系统实现对NO气体的高效稳定检测。在硬件设计部分主要以AltiumDesigner20软件为

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工具，包括对原理图、电路图、高速PCB板绘制和检查。在电路设计时，以系统低功

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耗为主要参考量，采用具有低功耗模式的单片机芯片，尽可能降低系统功耗，增加检

测系统的使用时间。

在软件设计方面，包括主程序在内的各个子程序如按键程序、OLED显示程序、蜂

鸣器程序、LED灯程序等。通过对样机进行实验，分析实验数据各项检测性能误差都在

允许范围之内。实验表明，该气体传感器设计合理，实用性强，能够为复杂环境下作业