雙鈣鈦礦LaBaCo2O5+δ薄膜的制備及其氧敏性質(zhì)研究.pdf

1、隨著科技的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，各種氣體傳感器應(yīng)運(yùn)而生，已廣泛地用于檢測(cè)與監(jiān)控各種易燃易爆、有毒有害氣體的泄漏以及空氣污染的等。其中，氧敏傳感器對(duì)航空航天、食品、釀酒、新藥開(kāi)發(fā)、汽車(chē)的空燃比調(diào)節(jié)以及尾氣處理等領(lǐng)域的氧環(huán)境的評(píng)估與檢測(cè)起到十分重要的作用。但是傳統(tǒng)的以ZrO2、TiO2等為基礎(chǔ)的氧傳感器，難以滿(mǎn)足現(xiàn)代高科技對(duì)傳感器具有高靈敏度，高選擇性，高穩(wěn)定性，體積小、功耗低、易與集成電路兼容等特點(diǎn)的要求。因此，研究以新材料為基礎(chǔ)的新型氧傳感器

2、對(duì)于現(xiàn)代高科技發(fā)展是很重要的。
　　(LaBa)Co2O5+δ(LBCO)材料是一種具有雙層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的混合離子電子導(dǎo)體材料，在較寬的溫度范圍內(nèi)對(duì)氧氣具有很高的氣體敏感性、選擇性和穩(wěn)定性，因此很有可能被應(yīng)用于氧敏傳感器中。但是由于制備大面積高質(zhì)量 LBCO薄膜成本太高從而限制了其應(yīng)用。本論文采用一種經(jīng)濟(jì)的高分子輔助沉積法（PAD）在 Si襯底的制備出擇優(yōu)取向的LBCO薄膜，并對(duì)該薄膜的電輸運(yùn)性質(zhì)以及氧敏性質(zhì)進(jìn)行了研究。
　　

3、1.研究了高分子輔助沉積法 Si襯底上制備 LBCO薄膜的工藝，發(fā)現(xiàn)有在 Si襯底上原位生長(zhǎng)的SiO2緩沖層的Si基片更有利于LBCO薄膜生長(zhǎng)。并以此方法在Si襯底上成功的制備了性能良好的LBCO薄膜。
　　2.研究了LBCO薄膜的燒結(jié)工藝（不同的燒結(jié)溫度以及不同的燒結(jié)時(shí)間）對(duì)LBCO薄膜的微結(jié)構(gòu)，表面形貌，電化學(xué)性質(zhì)，電輸運(yùn)性質(zhì)以及氧敏性質(zhì)的影響。1). XRD表明燒結(jié)溫度大于700℃時(shí)薄膜開(kāi)始形成晶體，而燒結(jié)溫度大于1000℃

4、,有雜相生成。2).從表面形貌可看出，燒結(jié)時(shí)保溫時(shí)間越長(zhǎng)，LBCO晶粒尺寸越均勻。3).電阻-溫度曲線(xiàn)關(guān)系（電輸運(yùn)性質(zhì)）研究表明只有燒結(jié)溫度為900℃，150 min的薄膜在測(cè)試整個(gè)溫度范圍下電輸運(yùn)性質(zhì)都滿(mǎn)足小極化子的跳躍機(jī)制。4). LBCO薄膜的氧敏性質(zhì)研究表明燒結(jié)條件為900℃，150 min的樣品具有最佳的氧敏性質(zhì)，其電阻變化率（Rhyd/Roxy）最大，響應(yīng)時(shí)間最短。綜上所述，燒結(jié)溫度為900℃，燒結(jié)時(shí)間為150 min，是最

5、佳的燒結(jié)條件，而且LBCO材料被制成薄膜后，其物理性能也得到了較大的提高。
　　3.在LBCO薄膜材料的氧敏測(cè)試中，測(cè)試溫度為400℃時(shí)，當(dāng)氣體從還原氣體氫氣（6％H2，94%N2）環(huán)境切換到純氧環(huán)境時(shí)，最佳燒結(jié)條件的樣品 A900的對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間為1.9秒。表明相對(duì)于其他傳統(tǒng)的氧敏材料如ZrO2,TiO2等，LBCO薄膜具有極好的氣敏特性。通過(guò)多次循環(huán)測(cè)試，樣品的氣敏曲線(xiàn)沒(méi)有明顯的變化，說(shuō)明LBCO薄膜的氣敏特性具有較好的重復(fù)性

6、和穩(wěn)定性。
　　4.最后，本論文對(duì)LBCO薄膜的氧氣敏感機(jī)理進(jìn)行了初步探討。LBCO薄膜的氧敏性能是通過(guò)空穴（或者說(shuō)小極化子）的電導(dǎo)來(lái)反映薄膜的氧敏性能，即由于LBCO薄膜的雙層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，在LaO層中存在大量氧空位，使氧離子運(yùn)動(dòng)的速度很快，氧空位隨氧分壓快速變化，對(duì)應(yīng)的電子濃度也迅速變化，使主要載流子空穴（小極化子）濃度迅速變化而引起材料電阻率隨氧分壓變化而變化。
　　總之，通過(guò)PAD方法在Si上制備了具有對(duì)較高氧敏性能的