二氧化鈰/摻氟氧化錫酸鹼度感測器之製備研究

Translated title of the thesis: Preparation of Ceria/FTO based pH Sensors
  • 徐 士軒

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本研究係以二氧化鈰/摻氟氧化錫(CeO2/FTO)感測膜製作延伸式閘極場效電晶體式(EGFET)酸鹼度感測器,旨在探討製備變因對薄膜性質及感測特性之影響,並找尋最佳製備條件。 研究中首先以FTO製作元件,在20oC下進行pH感測之探討。結果發現,FTO元件在pH 4-10間具有相當良好之感測靈敏度(74 9 mV/pH),但因耐酸鹼性不佳,因此pH量測範圍受限。為改善FTO膜性質及pH感測特性,本研究中提出以CeO2奈米粒子來修飾FTO膜,製成CeO2/FTO感測元件。 實驗中採用沉澱法來製備CeO2奈米粒子,並以旋轉塗佈方式沉積於FTO基材上;改變製備條件,包括:固含量、塗佈轉速、?燒溫度、沉澱劑濃度及塗佈次數等來加以探討。結果發現,隨固含量或塗佈次數增加時,CeO2沉積量隨之增加,膜表面之活性座亦增加,因此元件之pH感測靈敏度增高;但當沉積量過高時,由於膜層電阻遽增,導致靈敏度下降。當?燒溫度提升時,由於CeO2晶粒增大,有利於訊號傳遞,而致靈敏度增高;但若提高沉澱劑濃度時,所得CeO2粒徑增大,造成膜表面活性座減少,故使靈敏度下降。實驗結果亦顯示,CeO2/FTO元件之最佳製備條件為:沉澱劑濃度3 M、固含量0 5 wt%、塗佈轉速2000 rpm、?燒溫度600 oC、塗佈一次;在20oC下、pH 1-13間,該元件(S05R20T6)之感測靈敏度可達75 1±0 9 mV/pH,遠高於Nernstian極限(即58 2 mV/pH @ 20oC),線性度為0 9997,感測範圍為pH 1-13。此外,由溫度、遲滯、時漂等效應及選擇性之探討結果發現,此元件之耐酸鹼性良好、耐用性長、穩定性佳、離子選擇性高,且量測範圍寬廣;尤值一提的是,遲滯壓差僅8 9 mV,與FTO元件(遲滯壓差39 2 mV)相比較,更顯示此元件之感測優勢。 綜上所述,以CeO2奈米粒子來修飾FTO元件,確能改善感測膜層之耐酸鹼性,進而提升CeO2/FTO元件對pH之感測性能,因此元件在應用上具有極佳之發展潛力。
Date of Award2017 Aug 29
Original languageChinese
SupervisorHuey-Ing Chen (Supervisor)

Cite this

二氧化鈰/摻氟氧化錫酸鹼度感測器之製備研究
士軒, 徐. (Author). 2017 Aug 29

Student thesis: Master's Thesis