2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、由于鈣鈦礦型稀土金屬氧化物ABO<,3>不僅具有催化性能,巨磁電阻效應(yīng),而且還具有良好的氣敏性能,因而它引起了材料工作者的極大興趣。它的功能性質(zhì)不僅可以通過改變A、B位的元素來控制,還可以通過對(duì)A、B位元素的摻雜來實(shí)現(xiàn)。研究證明,鈣鈦礦型稀土金屬氧化物為基體的氣敏元件具有較高的氣敏性、選擇性以及良好的穩(wěn)定性,適合對(duì)多種氣體的檢測(cè)。因此,現(xiàn)在基于該類材料的氣敏傳感器研究十分活躍,成為現(xiàn)代功能材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。其中以LaFeO<,3>最為

2、典型而備受重視。 但是LaFeO<,3>的電阻較高,不利于實(shí)際應(yīng)用,并且其響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng),人們一般用二價(jià)堿土金屬離子如Ca<'2+>、Sr<'2+>、Ba<'2+>等對(duì)其進(jìn)行摻雜以提高LaFeO<,3>的導(dǎo)電能力和氣敏性能。本論文主要采用溶膠一凝膠法制備了La(Pb)Fe(Co,Ni)O<,3>系列納米粉體,詳細(xì)研究了對(duì)LaFeO<,3>的A位和B位進(jìn)行摻雜后所得材料的結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)特性和氣敏性能。所得結(jié)果摘要如下: 1.

3、La<,l-x>Pb<,x>FeO<,3>(x≤0.3)材料的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電特性以及氣敏性能研究 (1)XRD衍射圖譜表明對(duì)LaFeO<,3>的A位進(jìn)行Pb摻雜并未改變LaFeO<,3>的結(jié)構(gòu),仍然保持了穩(wěn)定,單一的正交晶系鈣鈦礦結(jié)構(gòu):隨著Pb摻雜量的增加,樣品XRD圖譜中的衍射峰逐漸變寬,這表明在高溫?zé)Y(jié)形成穩(wěn)定晶相時(shí),樣品顆粒的粒徑逐漸減小了,Pb的摻入能夠抑止高溫?zé)Y(jié)過程中晶粒的生長(zhǎng):由于Pb<'2+>離子半徑大于La<'3+>離子半

4、徑,所以當(dāng)LaFeO<,3> 中A位的La<'3+>部分被Pb<'2+>替代后,樣品的晶胞參數(shù)和晶胞體積均應(yīng)隨替代量的增加而增大,而同時(shí)樣品中出現(xiàn)了大量的氧空位,為繼續(xù)保持穩(wěn)定的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),其晶胞會(huì)出現(xiàn)一定的收縮,從而導(dǎo)致Pb替代量X=0.2時(shí),樣品的晶胞參數(shù)和晶胞體積達(dá)到最大值。 (2)La<,l-x>Pb<,x>FeO<,3>(x≤0.3)材料均為p型半導(dǎo)體,它們的主要載流子為空穴h,在升溫過程中,吸附氧捕獲了材料中的電子

5、,從而導(dǎo)致材料中的空穴h不斷增加,因此各樣品的電導(dǎo)均隨工作溫度的增加而增大;Pb的摻入明顯地提高了材料的電導(dǎo),這是由于當(dāng)A位的La3<'3+>被pb2<'2+>替代后,會(huì)形成點(diǎn)缺陷[Pb<,La><'×>],其發(fā)生電離產(chǎn)生空穴h:Pb<,La><'×>→Pb<,La><',>十h由于Pb的摻入是大量的,所以[Pb<,La><'×>]電離所產(chǎn)生空穴的數(shù)目遠(yuǎn)高于[v<,La><'×>]電離產(chǎn)生的空穴,從而引起氣敏元件的電導(dǎo)的增加;但是,當(dāng)P

6、b替代量X=O.3時(shí),樣品中出現(xiàn)了大量的氧空位,空位補(bǔ)償增大了導(dǎo)電電子的濃度,發(fā)生了對(duì)空穴的湮滅,反而減小了材料的表面空間電荷層內(nèi)空穴h的濃度,引起該材料電導(dǎo)的降低。 (3)將La<,1-x>Pb<,x>FeO3(x≤0.3)材料制備氣敏元件后,測(cè)試了它們對(duì)乙醇的靈敏度,Pb摻雜后的氣敏元件對(duì)乙醇的靈敏度明顯高于LaFeO<,3>氣敏元件,其中以LaL<,0.8>Pb<,0.2>FeO<,3>氣敏元件的導(dǎo)電能力最佳,并且對(duì)乙醇

7、有更高的靈敏度;LaL<,0.8>Pb<,0.2>FeO<,3>氣敏元件對(duì)乙醇有較好的選擇性,即使高濃度的汽油對(duì)乙醇的靈敏度也影響甚微:與LaFeO<,3>氣敏元件相比,LaL<,0.8>Pb<,0.2>FeO<,3>氣敏元件對(duì)乙醇的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間均有了明顯的縮短,顯著提高了其對(duì)乙醇的氣敏性能,并且LaL<,0.8>Pb<,0.2>FeO<,3>氣敏元件具有良好的穩(wěn)定性。 (4)LaL<,0.8>Pb<,0.2>FeO<,3

8、>氣敏元件對(duì)H<,2>也有較好的氣敏性能,其靈敏度和H<,2>濃度呈良好線性關(guān)系,隨H<,2>濃度的增加而增大,依據(jù)氣敏材料的阻值與被測(cè)氣體濃度之間符合如下經(jīng)驗(yàn)公式:R=KC<'a><,H<,2>>,計(jì)算得出LaL<,0.8>Pb<,0.2>FeO<,3>氣敏元件α=0.668,明顯大于傳統(tǒng)氣敏材料SnO<,2>的α值,這說明LaL<,0.8>Pb<,0.2>FeO<,3>氣敏元件的阻值隨H<,2>氣體濃度的增大變化較快,受氣體濃度的影

9、響更大。 2.LaL<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,1-x>Co<,x>O<,3>材料的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電特性以及氣敏性能研究: (1)XRD衍射圖譜顯示只有當(dāng)Co摻雜量少于40%時(shí),LaL<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,1-x>Co<,x>O<,3> 材料才能保持單一的正交晶系鈣鈦礦結(jié)構(gòu):LaL<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,1-x>Co<,x>O<,3>材料的平均粒徑均為20 nm左右,Co替代量的變化對(duì)粒徑并

10、無太大影響:材料的晶格參數(shù)和晶胞體積隨Co替代量X的增加而減小。 (2)B位的Fe3<'3+>被C02<'2+>替代后,會(huì)形成點(diǎn)缺陷[COFe<'X>],其發(fā)生電離產(chǎn)生空穴:Cot<'X>→COFe’+h 引起元件的電導(dǎo)的逐漸增加。 (3)對(duì)La<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,1-x>Co<,x>O<,3>材料的CO氣敏性能進(jìn)行了研究,在Co替代量X=0.2時(shí),元件對(duì)CO表現(xiàn)出最佳氣敏性能:La<,0.8>Pb<

11、,0.2>Fe<,0.8>Co<,x>O<,3>氣敏元件對(duì)CO氣體展現(xiàn)良好氣敏性能的同時(shí)也顯示出了良好的選擇性:隨著CO氣體濃度的增加,La<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,0.8>Co<,x>O<,3>氣敏元件對(duì)其靈敏度也逐漸增大,依據(jù)氣敏材料的阻值與被測(cè)氣體濃度之間的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出La<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,0.8>Co<,x>O<,3>氣敏元件α=0.6l,且元件顯示了良好的穩(wěn)定性。 (4)溶膠一凝膠法制備了

12、La<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,0.8>Co<,x>O<,3>/SNO<,2>氣敏材料,由于La<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,0.8>Co<,x>O<,3>是p型半導(dǎo)體,而SnO<,2>是n型半導(dǎo)體,兩者之間會(huì)形成p-n異質(zhì)結(jié),引起材料電阻的增大:基于氣敏元件互補(bǔ)反饋和互補(bǔ)增強(qiáng)原理而導(dǎo)致其對(duì)CO有較高的靈敏度。 (5)采用射頻磁控濺射方法在SiO<,2>襯底上制備了La<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,0.8>C

13、o<,x>O<,3>薄膜,薄膜樣品的XRD衍射圖譜則主要顯示了(202)和(220)衍射峰,并無方向擇優(yōu)取向性,采用盧瑟福背散射譜(RBS)估算膜厚約為280 nm.相對(duì)于粉體元件,由于薄膜元件增大了與CO的接觸面積,所以提高了對(duì)CO的靈敏度,并且拓寬了工作溫度區(qū)間。隨著CO氣體濃度的增加,La<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,0.8>Co<,x>O<,3>薄膜氣敏元件對(duì)其靈敏度也逐漸增大,運(yùn)用氣敏材料的阻值與被測(cè)氣體濃度之間的經(jīng)驗(yàn)公

14、式計(jì)算得出La<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,0.8>Co<,x>O<,3>薄膜氣敏元件α=0.79。 3.La<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,1-x>Co<,x>O<,3>材料的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電特性以及氣敏性能研究(1)XRD衍射圖譜顯示只有當(dāng)Ni摻雜量少于40%時(shí),La<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,1-x>Co<,x>O<,3>材料才能保持單一的正交品系鈣鈦礦結(jié)構(gòu):其晶格參數(shù)和晶胞體積隨Ni 替代量X的增加而減小。

15、 (2)隨著Ni替代量X的增加,各元件的阻值也逐漸降低:通過計(jì)算其電導(dǎo)激活能,說明提高了Ni的摻入材料的導(dǎo)電能力。 (3)La<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,0.8>Ni<,0.2>O<,3>氣敏元件在200℃左右對(duì)CO氣體具有最佳靈敏度:其對(duì)CO的靈敏度隨CO濃度的增加而增大,經(jīng)過計(jì)算得出La<,0.8>Pb<,0.2>Fe<,0.8>Ni<,0.2>O<,3>氣敏元件α=0.715,明顯大于傳統(tǒng)氣敏材料SnO

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