【摘 要】
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氧化镧(La_2O_3)是一种环境友好的稀土金属氧化物材料,因其具有独特的电子结构,广泛应用于电容器、压敏电阻材料和气体传感材料等工业领域。La_2O_3材料作为气体敏感材料实际应用过程中,亟待解决工作温度高、灵敏度低的不足。本文采用微波-超声辅助合成法快速制备氧化镧前驱体,探究其煅烧成型工艺及气敏机理。采用贵金属掺杂和金属氧化物复合的方法分别对La_2O_3进行改性,提高其化学和电子敏化性能,改
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氧化镧(La2O3)是一种环境友好的稀土金属氧化物材料,因其具有独特的电子结构,广泛应用于电容器、压敏电阻材料和气体传感材料等工业领域。La2O3材料作为气体敏感材料实际应用过程中,亟待解决工作温度高、灵敏度低的不足。本文采用微波-超声辅助合成法快速制备氧化镧前驱体,探究其煅烧成型工艺及气敏机理。采用贵金属掺杂和金属氧化物复合的方法分别对La2O3进行改性,提高其化学和电子敏化性能,改善La2O3材料的气敏特性,为开发新型气体传感材料提供新的思路。具体研究工作如下:1、以硝酸镧、尿素为原料,采用微波-超声辅助合成法快速制备棒状结构的p型半导体氧化镧。通过差热-热重综合分析仪(TG-DTA)对氧化镧形成机理进行探究,傅里叶红外光谱(FI-IR)、X-射线衍射仪物相分析(XRD)等表征手段对氧化镧形貌结构进行分析,并对其气敏性能进行测试。结果表明:微波功率为300 W,超声波功率为150 W,反应时间为2h,煅烧温度为750℃时,得到截面直径为220 nm,长度为1.2μm的棒状氧化镧,该样品在400℃的工作温度下,对乙醇具有良好的选择性及快速响应(响应时间6 s),灵敏度响应为54.5%。2、采用贵金属Ag掺杂对La2O3进行改性,考察不同掺杂量的Ag对La2O3结构和气敏性能的影响,探究气敏强化机制。结果表明:当Ag的掺杂量为1wt%时,工作温度为350℃时,材料对100 ppm氨气的灵敏度为220%,是纯La2O3的44倍。该具有较高的选择性和稳定性。Ag掺杂La2O3显著提高材料的电子跃迁能力,从而增强了其对NH3的传感性能。3、采用金属氧化物复合的改性方法将Fe2O3与La2O3制备Fe2O3-La2O3复合材料,考察不同掺杂量的Fe2O3对复合材料气敏性能的影响,探究复合物的气敏机制。结果表明:在工作温度为250℃时,18wt%Fe2O3-La2O3对100 ppm甲醇气体的灵敏度达到158,是纯La2O3的79倍,且具备快速响应的特点,响应时间为3 s恢复时间为83 s,并且具有良好的选择性和稳定性。Fe2O3复合显著提高了材料的孔径分布和电子跃迁能力,从而增强了其对甲醇的传感性能。
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