LaFeO3基氣敏傳感器的制備及性能研究.pdf

1、在氣敏領(lǐng)域，半導(dǎo)體類金屬氧化物有著很重要的應(yīng)用價(jià)值。由于單一金屬氧化物材料有著工作溫度高、反應(yīng)靈敏度低的缺點(diǎn)，這限制了它們的商業(yè)市場(chǎng)。鈣鈦礦稀土氧化物ABO3的晶格構(gòu)造是一種穩(wěn)定的八面體結(jié)構(gòu)，并且在不改變它的基本結(jié)構(gòu)的前提下，可以對(duì)其A位、B位做一定比例的替換或者同時(shí)做一定比例的替換來改變其性質(zhì)，這使其成為催化劑一種較好的選擇，同時(shí)也可提高其對(duì)某些氣體的敏感性。由于對(duì)特定氣體具有較高的反應(yīng)靈敏度和穩(wěn)定性，近年來鈣鈦礦類氣敏材料受到了大量

2、科研工作人員的關(guān)注。
　　LaFeO3作為一種典型的鈣鈦礦氧化物，科研工作人員對(duì)其氣敏性能已做了大量研究。相對(duì)于單一金屬氧化物而言，在氣敏綜合性能上雖有一定提高，但仍不能滿足現(xiàn)代科技發(fā)展對(duì)其的要求。本文利用溶膠凝膠法合成了多種LaFeO3基納米材料，制備成旁熱式陶瓷管結(jié)構(gòu)氣敏傳感器。為了進(jìn)一步提高其氣敏性能，本文利用Ba、Sr一定比例替換LaFeO3結(jié)構(gòu)中的La，利用Mn、Cu一定比例替換結(jié)構(gòu)中Fe，研究了二價(jià)元素A位替換及過渡金

3、屬B位替換對(duì)LaFeO3導(dǎo)電性及氣敏性能的影響；利用Na2CO3和NaCl為原料，研究一價(jià)元素A位替換，一價(jià)元素A位陽離子替換及鹵族元素O位陰離子替換共同存在對(duì) LaFeO3導(dǎo)電性及氣敏性能的影響；控制原料中 La和Fe元素比例，研究非化學(xué)計(jì)量比對(duì)LaFeO3導(dǎo)電性及氣敏性能的影響。利用XRD和XPS研究了不同元素?fù)诫s及非化學(xué)計(jì)量比對(duì)LaFeO3晶體結(jié)構(gòu)、元素價(jià)態(tài)及比例、表面吸附氧濃度的影響。
　　本文主要結(jié)論如下：
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4、、利用二價(jià)元素Sr、Ba替換LaFeO3中La位和利用Mn、Cu替換結(jié)構(gòu)中的Fe位并沒有提升材料的氣敏性能，反而降低了其對(duì)乙醇?xì)怏w的反應(yīng)靈敏度，這和其它研究人員的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有所不符，可能是我們的制備工藝不太一致，導(dǎo)致所制得材料的晶粒尺寸不同而影響了性能。
　　2、利用一價(jià)元素Na替換結(jié)構(gòu)中的La位并沒有改變鈣鈦礦材料的基本結(jié)構(gòu)，并提高了LaFeO3材料的導(dǎo)電性，將材料的最佳工作溫度從140度降低到120度，但是同時(shí)也減小了材料對(duì)乙醇

5、氣體的反應(yīng)靈敏度。在Na摻雜的同時(shí)引入鹵族元素Cl替換陰離子，進(jìn)一步提高了材料導(dǎo)電性，并且和僅摻雜Na的材料相比提高了材料對(duì)乙醇?xì)怏w的靈敏度，而且在工作溫度120度時(shí)對(duì)乙醇靈敏度超過了純LaFeO3材料，達(dá)到28左右。這可能是因?yàn)镃l元素的引入減小了材料的晶粒尺寸導(dǎo)致的。
　　3、控制原料中La和Fe元素比例制備的LaFexO3-δ(0.7≦x≦1.3)納米粉體對(duì)乙醇?xì)怏w有很高的氣敏性能。當(dāng)x=0.8時(shí)基于LaFe0.8O3-δ納

6、米材料制備的氣敏器件在溫度140度對(duì)乙醇?xì)怏w具有最好的靈敏度，可達(dá)到132，并且其擁有較高的穩(wěn)定性和極短的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間。為了進(jìn)一步探討其氣敏機(jī)理，我們利用XPS分析了LaFexO3-δ粉體表面Fe3+和Fe4+含量及比例，C和吸附氧的濃度，得出結(jié)論：除吸附氧的主要貢獻(xiàn)，樣品表面形成的La碳酸鹽化合物對(duì)其反應(yīng)靈敏度也有一定的貢獻(xiàn)。樣品制備過程中所產(chǎn)生La碳酸鹽化合物在工作溫度下會(huì)分解產(chǎn)生本征活性 O-，增加表面吸附氧的濃度，從而提高材料的