學位論文

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Subject: search.filters.subject.Gas sensor

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    基於In2O3/Borophene複合材料之可撓性二氧化氮感測器的研製
    (2025) 劉奕賢; Liu, Yi-Hsien
    在這個AI快速發展的時代，自動駕駛、智慧工廠等需求不斷提升，其中為了接收現實環境資訊所使用的感測器成為了重要的一環。NO2為一種有毒氣體，其主要來自於化石燃料的燃燒，故容易累積於工業活動、交通繁忙地區和發電廠周圍。為了環境與人類的健康安全著想，開發一種具有高響應、高穩定性且能即時監控NO2濃度的氣體測器，已成為重要的議題。本研究選用對苯二甲酸(1,4-benzenedicarboxylic acid, H2BDC)以及硝酸銦水化合物(Indium nitrate hydrate, In(NO3)3·xH2O)作為製備In2O3的材料。接著，使用高壓均質法將高純度硼粉剝離成硼烯奈米片(Borophene nanosheets, BNs)。最後，將BNs與In2O3複合即可合成In2O3/Borophene氣體感測材料。調整In2O3/Borophene的複合參數後，進行一系列的材料特性分析，並比較不同比例之In2O3/Borophene材料對於NO2氣體的靈敏度。另外，使用CO2雷射在聚醯亞胺(Polymide, PI)薄膜表面製作石墨烯指叉電極，電極尺寸為14 mm × 10 mm，電極間距與電極線寬的尺寸皆為0.5 mm，將材料塗覆在指叉電極表面，即完成可撓式氣體感測器元件之開發。研究顯示，In2O3/BNs-2在室溫下對10 ppm NO2的響應高達2117.9%，比純In2O3 (1738.4%)提升了379.5%。此外，In2O3/BNs-2在室溫下針對不同濃度(0.25-100 ppm) NO2表現出優異的線性關係，並經過計算最低檢測極限(Limit of detection, LOD)為4.12 ppb，較純In2O3 (50.76)降低了91.9%。另外，經過一系列測試，In2O3/BNs-2展現出優異的再現性(Repeatability)、選擇性(Selectivity)以及長期穩定性(Long-term stability)。結果表明，In2O3/Borophene所產生的異質結接面(Heterojunction)以及豐富的空缺氧(Vacancy oxygen)，使得In2O3/Borophene展現出對NO2優異的感測性能，證明具有成為NO2感測材料的巨大潛力。
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    以均苯四甲酸合成鈦金屬有機框架應用於二氧化氮感測器之研製
    (2022) 鄭博文; Cheng, Po-Wen
    氣體感測器（Gas sensor）是透過感測材料和目標氣體接觸，導致感測材料之電性產生變化，再將電訊號轉化為響應值。在這個物聯網的時代，對於感測器的需求十分龐大，且空氣汙染的問題也日趨嚴重，故氣體感測器的發展也備受矚目。金屬有機框架（Metal organic framework, MOF）是使用金屬離子和有機配體（Organic ligand）所合成之高比表面積材料，其高比表面積和金屬離子的氧化還原能力，十分有利於MOF材料與空氣中的氣體分子進行反應，故非常適合作為氣體感測元件之感測材料。目前氣體感測領域的研究已廣泛使用各種MOF作為氣體感測材料，但沒有文獻使用Ti-MOF進行氣體感測元件的開發，而且目前在Ti-MOF的研究中廣泛使用對苯二甲酸（Terephthalic acid, TPA）進行合成，卻沒有文獻使用均苯三甲酸(Trimesitinic acid, TMA)和均苯四甲酸(Pyromellitic acid, PMA)進行Ti-MOF的開發。因此，本研究致力於研發新型態的Ti-MOF材料，利用一步驟水熱法搭配Ti離子與均苯三甲酸和均苯四甲酸有機配體進行Ti-MOF(TMA)與Ti-MOF(PMA)的開發，同時合成文獻常見之Ti-MOF(TPA)一同進行比較。本研究開發的Ti-MOF(PMA)在室溫下對於200 ppm的NO2具有48.5的高響應，高於Ti-MOF(TPA)的13.5和 Ti-MOF(TMA)的1.7，且在50、100和150 ppm濃度的NO2下，分別具有6.4、16.1和35.6的響應值。Ti-MOF(PMA)在五次的連續循環下也具有15.9、15.7、16.1、15.6和15.9的穩定響應，且在100 ppm的丙酮、甲醇、乙醇和氨氣環境下，響應值分別僅有0.33、0.27、0.41與0.26，證明Ti-MOF(PMA)對NO2具有不錯的感測選擇性。最後也對氣體感測機制進行探討，且將本實驗結果與文獻進行比較，證實本研究所開發的Ti-MOF(PMA)有機會能成為氣體感測器有潛力的感測材料。關鍵詞：氣體感測器、金屬有機框架、均苯四甲酸、水熱法、響應值