學位論文

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Subject: search.filters.subject.gas sensor

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    釩金屬有機框架應用於可撓性二氧化氮感測器之研製
    (2023) 黃兆溎; Huang, Jaho-Guei
    石化燃料的不完全燃燒以及汽機車的排氣是大氣中NO2之主要來源，長期吸入NO2會對人體帶來嚴重且不可逆的為害，故需要開發一種能即時監控NO2濃度的氣體感測器。本研究以釩作為金屬離子，對苯二甲酸(Terephthalic acid, PTA)和均苯四甲酸(Pyromellitic acid, PMA)作為有機配體(Organic ligand)，透過改變水熱法之加熱溫度(120 °C與150°C)，分別製備出四種釩金屬有機框架(Metal organic framework, MOF)作為感測材料，分別為V-MOF120(PTA)、V-MOF150(PTA)、V-MOF120(PMA)和V-MOF150(PMA)。將這些材料塗覆在聚醯亞胺(Polymide, PI)薄膜以CO2雷射誘導石墨烯(Laser-induced graphene, LIG)的指叉電極表面，完成可撓式氣體感測器之開發。將四種感測器在室溫100 ppm的NO2氣體濃度下進行檢測，V-MOF120(PTA)展現794 %的高響應，高於V-MOF150(PTA)的751 %、V-MOF120(PMA)的338 %和V-MOF150(PMA)的424 %。其中，以PTA作為有機配體所製備的感測器，平均響應值為770 %，優於PMA感測器的平均響應值381 %。V-MOF120(PTA)在五次的連續循環下平均響應值為800.8 %，平均響應時間與回復時間則分別為230秒和39.8秒，說明其具有良好的穩定性與重複性，且在1 ppm NO2氣體下仍具有83 %的低LOD響應性能。此外，V-MOF120(PTA)感測器的濕度測試發現，在溼度40-60%的變化時響應值影響不大，而在100 ppm的乙醇、甲醇、和丙酮環境下，響應值則分別僅有–220 %、–200 %和–100%，對比於NO2氣體794 %的響應值，展現其具有不錯的氣體選擇性。最後，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，證實本研究所製備的V-MOF120(PTA) 在開發實用的室溫型NO2氣體傳感器展現極佳的應用潛力。
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    整合ZnO/TiO2鈣鈦礦薄膜與兆赫超材料之氮氧化物感測器的開發
    (2022) 洪敬庭; Hung, Jing-Ting
    氣體感測器(Gas sensor)大多是以電化學或半導體式進行檢測，通常在高溫下操作以實現高靈敏度，導致高功耗和爆炸性氣體檢測的火花風險。兆赫輻射(Terahertz radiation)的低能量光子(Light quantum)，不足以引起易燃材料的燃燒，又與分子產生強烈相互作用，故非常適合作為光學氣體感測器之輻射源。光學超材料(Metamaterial)由開環諧振器(Split-ring resonator)陣列組成，在開環間隙表現出很強的區域電場，因此可用於提高檢測物質與電磁波的交互作用。鈦酸鋅(ZnTiO3)為一種鈣鈦礦(Perovskite)材料，已廣泛的被運用於觸媒(Catalyst)領域與太陽能電池開發，其大量的離子點缺陷(Ionic point defects) 十分有利與氣體分子進行反應，但目前在尚沒有文獻使用鈣鈦礦結構之鈦酸鋅進行氣體感測元件的開發。因此，本研究致力於研發新型態的光學氣體感測器，以不同溫度煅燒鈦酸鋅複合還原氧化石墨烯(rGO) ，並與開環諧振器長度140微米之兆赫超材料整合成ZT400rGOA-140、ZT600rGOA-140、ZT800rGOA-140，進行NO氣體感測。本研究開發的ZT800rGOA-140在室溫下對於50 %的NO具有16.4 %的響應，高於ZT600rGOA-140的12.6 %和ZT400rGOA-140的8 %，且在0、50和100 %濃度的NO下，分別具有0 %、33.3 %和100 %的響應值。在丙酮、甲醇、乙醇、氨氣和NO環境下，響應值分別19 %、21.4 %、23.8 %、23.8 %和57.1 %，證明ZT800rGOA-140對NO具有不錯的感測選擇性，證明本研究所開發的ZT800rGOA-140有機會能成為氣體感測器的新興感測材料。