论文部分内容阅读
随着社会生产力的发展及广大人们生活水平的提高,气敏传感器得到了越来越广泛的应用,半导体电阻式气敏传感器是目前应用最广泛的传感器之一,成为研究的热点。本研究分别采用无机盐溶胶-凝胶法制备了MFeO3（M=Sm、La）薄膜,采用传统工艺制备旁热式烧结型元件。对制备过程和丙酮气敏性能进行了讨论,揭示了组成-工艺-结构-丙酮气敏性能的内在联系,并对两类结构的气敏性能做了比较。以Sm（NO3）3·6H2O（La（NO3）3·6H2O）、Fe（NO3）3·9H2O等无机盐为原料,以柠檬酸为络合剂,配制成浓度为0.3mol/L的前驱体溶胶,在Al2O3基片上经过浸渍-提拉、干燥、预处理和烧结等过程制备了高质量纳米晶钙钛矿相MFeO3薄膜。用FT-IR吸收光谱分析了前驱体的结构,以TG-DSC分析讨论了前驱体在烧结过程中的变化,用XRD分析了晶相,并用SEM表征了薄膜的表面形貌。分析了掺杂MFeO3薄膜的阻温特性,呈现半导体氧化物的特征,根据曲线计算出材料的导电激活能,与理论相符合。MFeO3薄膜对低浓度丙酮气体有良好的敏感性能:SmFeO3薄膜在测试温度为450℃时,对30ppm丙酮气体灵敏度达到20,响应时间和恢复时间分别为15s和16s;LaFeO3薄膜的丙酮灵敏度比SmFeO3薄膜偏高,灵敏度达到22.5,响应时间和恢复时间分别为30s和20s。从缺陷和载流子的性质入手讨论了MFeO3薄膜的导电机制和气敏机理。深入研究了测试温度、气体浓度、掺杂和膜厚对材料性能的影响。针对烧结型传感器,系统研究了工作电压、玻璃料添加剂,贵金属Pt以及掺杂对元件电阻和气敏性能的影响,获得了气敏元件最佳性能条件为:测试电压为4.5V,掺入1mol%Pt的SmFeO3元件对10ppm丙酮气体灵敏度达到3.2。比较MFeO3薄膜和烧结型元件气敏性能发现,薄膜材料由于高的表面活性和比表面积,对丙酮的灵敏度更大。考察了两类材料的选择性、稳定性,并对MFeO3材料的气敏机理进行了探讨。指出未来气敏器件的发展方向为薄膜型元件。材料方面选择在低温下具有变化范围小的低电阻的材料,通过微量掺杂等手段提高气敏元件的选择性。