论文部分内容阅读
近年来因为在高温超导、巨磁电阻效应、催化和气敏等方面应用广泛，具有ABO3钙钛矿结构稀土化合物的材料引起了人们的注意。很多研究证明：以钙钛矿型稀土氧化物为基体做出的气敏元件具有廉价、选择性以及稳定性好等特点，能够检测出多种气体。这类型的材料在气敏研究领域十分活跃，以LaFeO3最为典型而受到越来越多的重视。钙钛矿型稀土氧化物的气敏性能和材料自身的物理化学性能、形貌、结构具有直接的关系，本文从LaFeO3纳米材料以及气敏元件的制备工艺入手，研究了LaFeO3纳米材料的制备工艺以及气敏元件的制备工艺对气敏传感器气敏性能的影响，本文采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了LaFeO3纳米颗粒，主要工作及结论如下： 1、选择聚乙二醇和乙二醇为原料，在400℃下进行预烧，再对其煅烧600℃，或者是直接对其煅烧600℃，共得到四种LaFeO3纳米颗粒,研究了选择不同的制作原料和煅烧的过程对气敏传感器电性和对乙醇气敏特性的影响。综合分析了LaFeO3的气体响应和XRD、SEM、TEM、XPS等测试结果，选择聚乙二醇代替乙二醇为原料，在400℃下进行预烧，而不是600℃直接煅烧，由于活化能Ea的降低会导致电阻降低。同时，选择乙二醇为原料，额外预烧，提高了对乙醇的气体响应。结果表明，LaFeO3的传感性能主要取决于Fe离子上的吸附氧种类，晶格活性氧也有一定的贡献。在112℃的最佳工作温度下，以乙二醇为原料，经预煅烧，对200 ppm乙醇的最佳气体响应为46.1，这是由于其颗粒尺寸均匀、分散性好以及表面Fe/La原子比高所致。 2、所制备的传感器要么在200℃-500℃下烧结2 h，要么200℃下烧结1.5 h-2.5 h来研究了烧结对气敏传感器电性和对乙醇气敏特性的影响。在128℃的最佳工作温度下，在不同温度下烧结2 h的传感器中，200℃烧结2 h的传感器表现出最低的电阻和最高的对100 ppm的乙醇气体响应，可达到95.5，还表现出最好的对乙醇气体的选择性；同时在200℃下烧结不同时间的传感器中，200℃烧结2 h的传感器表现出中等的电阻，最高的对乙醇、丙酮、DMF、CH2Cl2和NH3·H2O的气体响应。因此，对于LaFeO3气敏传感器来说在200℃下烧结2 h是最好的烧结条件。 3、在制作气敏传感器时，将LaFeO3纳米颗粒与松油醇混合形成糊状物。添加了三种不同用量的玻璃纤维，其重量比分别为x%(0，15，30和45)。研究了玻璃纤维对气敏传感器电性和对乙醇气敏特性的影响。当x=0和15时传感器的最佳工作温度是132℃，对于x=30和x=45传感器的最佳工作温度是140℃，在各自的最佳工作温度下传感器的气体响应达到最大值。玻璃纤维的加入量从x=0增加到30，导致对乙醇的气体响应减小，而对于x=0和x=45，在各自的最佳工作温度下，气体响应接近。在不同玻璃纤维比例的LaFeO3传感器中，在140℃下对100 ppm不同气体的气体响应，x=45的传感器降低了对丙酮的反应，提高了对乙醇的气体选择性。玻璃纤维的加入会导致电阻的增加、小极化子的活化能和最佳工作温度的增加。适当的添加量可使乙醇在最佳工作温度下具有更快的动态响应和更好的选择性。