【摘 要】
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丙酮是一种典型的还原性气体,其易燃易爆因此具有潜在的工业危害,长期接触会引起急性中毒或慢性疾病等健康危害,但是它还可以作为糖尿病检测指标物之一。因此,丙酮气体监测对人类健康具有十分重要的意义。Sm Fe O3属于钙钛矿氧化物的一种,具有热稳定性高,催化活性高的优点。作为P型半导体,Sm Fe O3对氧化性气体（如O3、NO2、VOC）具有较高的响应值和良好的选择性,而关于对还原性气体丙酮的研究较少
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丙酮是一种典型的还原性气体,其易燃易爆因此具有潜在的工业危害,长期接触会引起急性中毒或慢性疾病等健康危害,但是它还可以作为糖尿病检测指标物之一。因此,丙酮气体监测对人类健康具有十分重要的意义。Sm Fe O3属于钙钛矿氧化物的一种,具有热稳定性高,催化活性高的优点。作为P型半导体,Sm Fe O3对氧化性气体（如O3、NO2、VOC）具有较高的响应值和良好的选择性,而关于对还原性气体丙酮的研究较少,而且存在响应值较低,工作温度较高的缺点,因此,有必要进一步优化Sm Fe O3纳米材料的气敏性能以满足实际应用需求。本文采用溶胶凝胶法制备了Ti O2/Sm Fe O3复合材料、Sm1-xPrxFe O3纳米颗粒和Sm0.95Pr0.05Fe1-xCoxO3纳米颗粒,并利用XRD、SEM、BET等表征手段对材料的结构、形貌、比表面积进行分析,探究复合、A位及B位掺杂不同手段对Sm Fe O3氧化物丙酮气敏性能的影响,探究最佳掺杂及复合比例并分析气敏反应机理。主要结论如下:（1）溶胶凝胶法制备了（x）Ti O2/（1-x）Sm Fe O3（x=0、1/5、1/4、1/3和1/2）纳米颗粒。在各自最佳工作温度下,气体传感器对200 ppm丙酮气体响应值随x值变化呈现“山峰型”趋势,x=1/4传感器出现最高响应值峰,且在最佳工作温度280°C下对丙酮气体响应值达到37,同时具有较好的选择性和稳定性。而Ti O2复合量最多的x=1/2传感器对丙酮响应值低于纯Sm Fe O3传感器,原因可能是样品团聚现象严重,且Ti O2过多呈现抑制效应。（2）通过溶胶凝胶法制备出Sm1-xPrxFe O3（x=0、0.01、0.05和0.1）纳米颗粒。在Sm Fe O3、Sm0.99Pr0.01Fe O3、Sm0.95Pr0.05Fe O3和Sm0.9Pr0.1Fe O3传感器中,Sm0.95Pr0.05Fe O3纳米颗粒由于其最大的比表面积以及较小的颗粒尺寸有效增加了Sm Fe O3传感器的气体传感响应,在280°C下对100 ppm丙酮达到36.9的响应值。此外,它不仅响应能力高,而且具有相对快速的响应能力和恢复能力,其稳定性也很好,由于其较小的孔径对丙酮气体表现出较好的选择性。（3）为进一步提高Sm0.95Pr0.05Fe O3传感器丙酮气敏性能,通过溶胶凝胶法制备了Sm0.95Pr0.05Fe1-xCoxO3（x=0、0.01、0.03和0.05）纳米颗粒。气敏性能测试的结果表明,Co掺杂制备的气敏元件降低了工作温度,最佳掺杂比例为3%,在最佳工作温度260°C下对100 ppm丙酮气体的响应值最佳为22.4。但整体上Co掺杂以后传感器对丙酮气体响应值全部低于Sm0.95Pr0.05Fe O3传感器,说明Co掺杂对Sm0.95Pr0.05Fe O3传感器丙酮气敏性能起抑制效果。
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