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以網印法塗佈SNO2粉末於氧化鋁基
板上並應用於氣體感測器上之應用
指導老師:王聖璋 老師
研究生:楊庭維
地點:逢甲大學 材料科學與工程學系
日期:99/08/09 ~ 99/08/13
大綱
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一、氣體製備流程
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二、氣體感測裝置介紹
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三、氣體感測製作之元件製備
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四、氣體感測製作之偵測氣體步驟
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五、結果與討論
一、氣體製備流程
製作膠體
膠體與粉末混合
網印於基板上
煆燒
燒結
偵測氣體
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數據電腦輸出
二、氣體感測裝置介紹(一)
1.管型爐
4.氣體管路
2.電位擷取器
5.氣體流量控制器
6.電阻紀錄器
3.交流阻抗分析儀
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整套設備實景
二、氣體感測裝置介紹(二)
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整套設備示意圖
各裝置之介紹-管型爐(一)
功能: 置入石英管，基板置於石英管裡以偵測氣
體用，可加熱至1200度C。
-石英管兩側各有不同的感測裝置以下將介紹到。
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各裝置之介紹-管型爐(二)
．石英管之左側
作用:
-測管內溫度
-測電位差
-氣體輸出
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石英管左側示意圖
各裝置之介紹-管型爐(三)
．氧化鋯管內部
作用:
-測參考氣體與
待測氣體之電
位差。
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氧化鋯管內部示意圖
各裝置之介紹-管型爐(四)
．石英管之左側
作用:
-測基板之電阻值
-通氣體
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石英管右側示意圖
各裝置之介紹-電位擷取器
型號:KEITHLET 2000
功用:擷取待測氣體與參考氣體的電位差，
經過電位差公式可求出待測氣體之氧
分壓。
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各裝置之介紹-交流阻抗分析儀
型號:(LIND BERG BLUE M) UP-150 (1組16段式溫度控制) 森積科技
功用:設定管形爐爐內之溫度。
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三、氣體感測製作之元件製備-1.製作膠體
· 所需物品:
-乙基纖維素 Ethyl cellulose (ALDRICH) Ethoxy content 48%
-松油醇C10H18O (TERPINEOL，PRATICAL (MIXEDISOMERS) CAS NO:98-55-5
· 製作方法:
乙基纖維素 + 松油醇
比例: 6%(約0.42g) : 94%(6.58g)
共7g
＊混合於燒杯，用保鮮膜
密封，置於加熱器上加
熱，加熱到變膠體即可。
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三、氣體感測製作之元件製備-2.混合膠體與粉末
膠體
+
粉末
比例: 60%(約0.16g) : 40%(約0.10g)
共0.26g
分別滴於樣品罐內，會混合成白色糊狀膠體。
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三、氣體感測製作之元件製備-3.網印(一)
網版:
氧化鋁基板:
電極
＊覆蓋基板並網印
電極材質:白金Pt 99.95%
基板材質: 氧化鋁
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三、氣體感測製作之元件製備-3.網印(二)
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所需物品:
矽膠塊:
白色糊狀膠體:
粉末與膠體混合之產物。
＊網板上塗佈膠體用
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三、氣體感測製作之元件製備-3.網印(三)
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製作方法:
(一)、將基板至於膠帶上，然後網版置於基板上
，並對齊電極的地方。
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三、氣體感測製作之元件製備-3.網印(四)
(二)、將粉末與膠體混合成之白色糊狀膠體塗佈於電極左
邊，以矽膠塊把膠體往右從電極上塗佈過去。
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三、氣體感測製作之元件製備-3.網印(五)
(三)、塗佈過後，把基板從網版上取下來，拿去烤乾(烤乾即可)
網版
烤乾
＊塗佈白色糊狀膠體
烤乾
在一次塗佈
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此步驟須重複四次至五次(愈多次塗佈就愈厚)。
三、氣體感測製作之元件製備-4.煆燒
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網印完成之後，把基板拿去熱處理爐加熱，升溫至
500度C，持溫5小時即可。
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目的: 使材料內部某些成分產生熱解離，將附著在
電極上的多餘膠體去除。
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三、氣體感測製作之元件製備-5.燒結
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放進高溫燒結爐 (逢甲以1200度進行燒結)，持溫2 小時。
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目的: 讓要燒結之粉末緻密化，分子間連結性更好。
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結果: 1200度燒結溫度對SnO2過高，須找出適當的溫度來
做燒結。可以以500度-600度間做測試。
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燒結完成，即網印完成。
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四、氣體感測製作之偵測氣體步驟
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步驟:所有元件放置完畢後，然後升溫升到工作溫度，接
著一開始通氣體-
一循環:通氮氣
通氧氣
通氮氣
＊目的:觀察它電阻值隨著時間增加的變化過程。
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此次偵測以3000 、3500 、4500 三個溫度點作偵測。
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四、氣體感測製作之偵測氣體步驟-300度下作測試
歷時:3小時又25分。
結論:一通氮氣之後，電阻一直降低，通了3小時25分還是未平
衡，代表溫度太低，無吸附作用，薄膜對氣體的感度很差
密度越來越高及電阻越來越低，
此工作溫度無任何參考作用。
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四、氣體感測製作之偵測氣體步驟-350度下作測試
歷時:5小時
結論:溫度提高500，就有基本的峰值出來。
通氮氣時電阻值很低，很快的時間就達到平衡。
換通氧氣時，電阻值隨著時間開始上升，經過一個小時半漸趨
平穩，代表在此工作溫度下對氧氣是有感度的，是有明顯的氣
體吸附效果。
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四、氣體感測製作之偵測氣體步驟-450度下作測試
歷時:四小時又五分
結論:溫度在往上增加1000 C來到4500C，一開始通的氮氣經15分鐘
後開始平衡，第57分鐘換通氧氣，換通氧氣時電阻瞬間躍升，
代表此工作溫度對感測氧氣非常靈敏，經過約50分鐘，電阻
漸趨穩定後，再將時間延長約70分鐘，電阻還很穩定，代表 22
此工作溫度對感測氧氣之環境相當適合。
四、氣體感測製作之偵測氣體步驟-3種工作溫度比較
氣體-電阻
氮氣平衡
氮氣電阻
氧氣平衡
氧氣電阻
溫度
300度C
無
350度C
有
(30 min內平衡)
450度C
有
(約15 min平衡)
無(不穩)
5
約4.5*10 Ω
6
約2.6*10 Ω
無
有
(約1.5 hrs平衡)
有
(約50 min平衡)
無
6
約3.6*10 Ω
7
約1.8*10 Ω
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五、結果與討論
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基板薄膜燒結，在逢甲以1200度C下做燒結，此溫度太
高，會影響SnO2的吸附能力。
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關於這支電位式感測器它的工作溫度在550度C以下就
不準了，所以SnO2薄膜的工作溫度低於550度C以下，
則這支電位式感測器的參考性並不佳的。
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