钙钛矿型铁酸镧、锰酸锶镧的气湿敏性能研究

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1、学校代号10530学号201510121223分类号TN303密级硕士学位论文钙钛矿型铁酸镧、锰酸锶镧的气湿敏性能研究学位申请人段再华导师姓名及职称张勇副教授学院名称物理与光电工程学院学科专业电子科学与技术研究方向电子材料与器件二〇一八年六月StudyonthegasandhumiditysensingpropertiesofperovskitetypeLaFeO3/La0.7Sr0.3MnO3CandidateZaihuaDuanSupervisorAssociateProfessorYongZhangColle

2、geSchoolofPhysicsandOptoelectronicsEngineeringProgramElectronicMaterialandDevicesSpecializationElectronicScienceandTechnologyDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018摘要随着社会的发展，气、湿敏传感器在工业、农业、智能家居、环境监控等领域扮演着越来越重要的角色，高性能气、湿敏传感器急需发展。本文以ABO

3、3钙钛矿型复合金属氧化物LaFeO3和La0.7Sr0.3MnO3作为研究对象。按照材料制备、材料表征、器件制作、性能测试和机理分析的研究思路，系统地研究了LaFeO3和La0.7Sr0.3MnO3纳米材料的制备方法及其气、湿敏性能，取得主要成果如下：1.利用溶胶凝胶法制备了LaFeO3纳米颗粒，并采用X射线衍射仪(XRD)、场发射电子显微镜(FE-SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对LaFeO3纳米颗粒进行了表征。利用LaFeO3纳米颗粒作为敏感电极(SE)材料，钇稳定氧化锆(YSZ)作为电解质材料，Pt作为参

4、考电极(RE)材料，制作了Pt/YSZ/LaFeO3混合电位型NO2气体传感器，并测试了气体传感器在不同工作温度下对不同浓度NO2气体的响应特性。结果表明气体传感器在最佳工作温度300°C下，对100ppmNO2气体的响应值达到了164mV，响应/恢复时间分别约为73s和94s，在50-400ppmNO2浓度范围内气体传感器具有最佳的线性度，且灵敏度高达353mV/decade。2.利用单轴静电纺丝法结合快速退火工艺制备了LaFeO3纳米管，并通过FE-SEM和透射电子显微镜(TEM)对其形貌进行了表征，表征结果显

5、示所制备的LaFeO3纳米管具有清晰的中空管状结构，其外径和内径分别约为50nm和30nm。先制备了基于LaFeO3纳米管的气体传感器，测试了其对乙醇、甲醛、丙酮和氨气等还原性气体的气敏性能。结果显示LaFeO3纳米管气体传感器在160°C下对100ppm乙醇的响应值约为9.4，响应/恢复时间分别为2s和4s，对5-100ppm浓度范围乙醇具有良好的线性度(R2=0.97)。其次制备了基于LaFeO3纳米管的湿度传感器，进一步研究了其湿敏性能，在11%-95%RH的湿度范围内100Hz工作频率下LaFeO3纳米管湿

6、度传感器的阻抗变化约为三个数量级。3.利用添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面活性剂的溶胶凝胶法制备了La0.7Sr0.3MnO3纳米晶，并利用XRD、FE-SEM、TEM、XPS、比表面及孔径分析和接触角测试对其进行了表征，表征结果显示La0.7Sr0.3MnO3具有良好的纳米晶体结构、大的比表面积和超亲水性等特点。先制备了基于La0.7Sr0.3MnO3纳米晶的气体传感器，研究了其对乙醇、甲醛、丙酮和氨气等还原性气体的气敏性能，测试结果显示传感器对以上还原性气体的响应均较差。其次制备了基于La0.7Sr0.3MnO

7、3纳米晶的湿度传感器，测试结果显示La0.7Sr0.3MnO3纳米晶湿度传感器具有优异的湿敏性能：在11%-95%RH的湿度范围内，10Hz工作频率下湿度传感器的阻抗变化约为四个数量级，响应/恢复时间低至0.8s和4.9s，湿滞约为4%RH。相较于气敏性能，La0.7Sr0.3MnO3纳米晶具有更好的湿敏性能。关键词：LaFeO3纳米颗粒；LaFeO3纳米管；La0.7Sr0.3MnO3纳米晶；气、湿敏性能IAbstractWiththedevelopmentofsociety,thegasandhumiditys

8、ensorsplayanincreasinglyimportantroleinindustry,agriculture,smarthome,environmentalmonitoringandotherfields,anditisurgenttodevelophighperformancegasandhumiditysensors.Inthispaper,A