lafeo_3基气敏传感器的制备及性能研究

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1、分类号密级太原理工大学硕士学位论文题目LaFeO3基气敏传感器的制备及性能研究英文并列题目FabricationandGasSensingPropertiesofLaFeO3BasedSensors研究生姓名：曹康学号：2013520594专业：控制工程研究方向：气敏传感器导师姓名：曹恩思职称：讲师学位授予单位：太原理工大学论文提交日期2016/04地址：山西·太原太原理工大学太原理工大学硕士研究生学位论文LaFeO3基气敏传感器的制备及性能研究摘要在气敏领域，半导体类金属氧化物有着很重要的应用价值。由于单一金属

2、氧化物材料有着工作温度高、反应灵敏度低的缺点，这限制了它们的商业市场。钙钛矿稀土氧化物ABO3的晶格构造是一种稳定的八面体结构，并且在不改变它的基本结构的前提下，可以对其A位、B位做一定比例的替换或者同时做一定比例的替换来改变其性质，这使其成为催化剂一种较好的选择，同时也可提高其对某些气体的敏感性。由于对特定气体具有较高的反应灵敏度和稳定性，近年来钙钛矿类气敏材料受到了大量科研工作人员的关注。LaFeO3作为一种典型的钙钛矿氧化物，科研工作人员对其气敏性能已做了大量研究。相对于单一金属氧化物而言，在气敏综合性能上

3、虽有一定提高，但仍不能满足现代科技发展对其的要求。本文利用溶胶凝胶法合成了多种LaFeO3基纳米材料，制备成旁热式陶瓷管结构气敏传感器。为了进一步提高其气敏性能，本文利用Ba、Sr一定比例替换LaFeO3结构中的La，利用Mn、Cu一定比例替换结构中Fe，研究了二价元素A位替换及过渡金属B位替换对LaFeO3导电性及气敏性能的影响；利用Na2CO3和NaCl为原料，研究一价元素A位替换，一价元素A位阳离子替换及卤族元素O位阴I太原理工大学硕士研究生学位论文离子替换共同存在对LaFeO3导电性及气敏性能的影响；控制

4、原料中La和Fe元素比例，研究非化学计量比对LaFeO3导电性及气敏性能的影响。利用XRD和XPS研究了不同元素掺杂及非化学计量比对LaFeO3晶体结构、元素价态及比例、表面吸附氧浓度的影响。本文主要结论如下：1、利用二价元素Sr、Ba替换LaFeO3中La位和利用Mn、Cu替换结构中的Fe位并没有提升材料的气敏性能，反而降低了其对乙醇气体的反应灵敏度，这和其它研究人员的实验结果有所不符，可能是我们的制备工艺不太一致，导致所制得材料的晶粒尺寸不同而影响了性能。2、利用一价元素Na替换结构中的La位并没有改变钙钛矿

5、材料的基本结构，并提高了LaFeO3材料的导电性，将材料的最佳工作温度从140度降低到120度，但是同时也减小了材料对乙醇气体的反应灵敏度。在Na掺杂的同时引入卤族元素Cl替换阴离子，进一步提高了材料导电性，并且和仅掺杂Na的材料相比提高了材料对乙醇气体的灵敏度，而且在工作温度120度时对乙醇灵敏度超过了纯LaFeO3材料，达到28左右。这可能是因为Cl元素的引入减小了材料的晶粒尺寸导致的。3、控制原料中La和Fe元素比例制备的LaFexO3-δ(0.7≦x≦1.3)纳米粉体对乙醇气体有很高的气敏性能。当x=0.

6、8时基于LaFe0.8O3-δ纳米材料制备的气敏器件在温度140度对乙醇气体具有最好的灵敏度，可达到132，并且其拥有较高的稳定性和极短的响应恢复时间。为了进一步探讨其气敏机理，3+4+我们利用XPS分析了LaFexO3-δ粉体表面Fe和Fe含量及比例，C和吸附氧的浓度，得出结论：除吸附氧的主要贡献，样品表面形成的La碳酸盐化II太原理工大学硕士研究生学位论文合物对其反应灵敏度也有一定的贡献。样品制备过程中所产生La碳酸盐化-合物在工作温度下会分解产生本征活性O，增加表面吸附氧的浓度，从而提高材料的反应灵敏度。关

7、键词：钙钛矿，半导体，气敏性能，掺杂，空位缺陷III太原理工大学硕士研究生学位论文FABRICATIONANDGASSENSINGPROPERTIESOFLaFeO3BASEDSENSORSABSTRACTMetaloxidesemiconductorhasbeenplayinganimportantroleinthefieldofgassensors.Butsinglemetaloxidematerialhasthedefectsofhighworkingtemperatureandlowsensitivity

8、,whichlimititsapplicationinthemarket.ABO3perovskiterare-earthoxideisoneofgoodcatalystsduetoitsstablestructurewhichwillnotbechangedbydopingsuitableAandBatomsincertainproportionsatthesameti