【摘 要】
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金属氧化物半导体（ZnO、SnO2、In2O3、Fe2O3等）被广泛应用于气体传感器,但由于存在工作温度高、选择性差等劣势而难以被实际应用。为了克服上述缺点,人们将目光转向了具有特殊结构的双金属氧化物半导体。LaFeO3作为一种重要的具有钙钛矿结构的p型半导体,其独特的结构和物理化学性质使其成为气体传感敏感材料的潜在候选者。本论文通过共沉淀法制备具有多孔结构的LaFeO3纳米材料,并通过在A、B位
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金属氧化物半导体（ZnO、SnO2、In2O3、Fe2O3等）被广泛应用于气体传感器,但由于存在工作温度高、选择性差等劣势而难以被实际应用。为了克服上述缺点,人们将目光转向了具有特殊结构的双金属氧化物半导体。LaFeO3作为一种重要的具有钙钛矿结构的p型半导体,其独特的结构和物理化学性质使其成为气体传感敏感材料的潜在候选者。本论文通过共沉淀法制备具有多孔结构的LaFeO3纳米材料,并通过在A、B位掺杂不同的金属元素进行增敏。本论文的主要研究内容如下:1.采用共沉淀法制备了具有多孔结构的纺锤状LaFeO3纯材料。XRD图谱表明,无其他杂质相生成。在600 oC以上煅烧均形成结晶性良好的纯LaFeO3,且煅烧温度越高,结晶性越好,晶粒越大。气敏性能测试结果表明,LFO-700对正丁醇选择性好。在380 oC时,传感器对10 ppm正丁醇达到最大响应值12.8。检测限为348 ppb。实验结果表明,所制备的多孔LaFeO3是一种潜在的气敏材料。2.选择合适的掺杂剂分别对LaFeO3的A位和B位进行掺杂改性。本论文选择Co和Cu为A位取代元素,Sr和Mg为B位取代元素。实验结果表明,所有掺杂样品纯度高,无第二相生成,且掺杂前后材料形貌结构变化不大。气敏测试结果表明,所有掺杂后传感器的工作温度均降低,其中Cu掺杂样品的工作温度最低（220oC）。在各自的最佳工作温度下测试气敏性能,不同的掺杂元素的气敏性能各有优劣。Co掺杂样品对8 ppm正丁醇有最短的响应和恢复时间（11/18s）,检测下限为37 ppb,但是工作温度较高（320oC）;Cu掺杂样品在220oC下能检测0.5 ppm的正丁醇气体,但响应值不高;Sr掺杂后,传感器工作温度降低,响应值增加,在测试浓度范围内有良好的线性关系且检测下限降到94 ppb,但其响应/恢复时间较长（46/70s）;Mg掺杂传感器在300oC对10 ppm正丁醇响应值达到102,且响应/恢复时间短（15/23s）,检测下限为4 ppb。综上所述,Mg掺杂LaFeO3传感器的综合性能最优。3.结合单掺杂的实验结果,选择Co和Mg同时对LaFeO3进行掺杂改性研究。气敏测试结果表明,共掺LaFeO3传感器对丙酮气体的选择性更好。Co/Mg共掺传感器在最佳工作温度（300oC）下,对较低浓度（10 ppm）丙酮的响应值可达到12.5,而纯LaFeO3传感器在380oC下对10 ppm丙酮的响应值仅有2.5。共掺传感器的响应值和检测浓度之间能进行非线性拟合,表明其具有定量监测丙酮的潜力。特别的是,共掺的LaFeO3传感器的响应/恢复快,为实时监测丙酮浓度提供了可能性。图35幅,表5个,参考文献161篇。
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