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钙钛矿稀土氧化物ABO3对某些气体具有很高的灵敏度、良好的选择性和高度的稳定性,其性质还可通过对A位,B位进行部分替代或者同时进行部分替代进行调整。这种气敏特性在近年来引起了科学工作者的极大兴趣和高度重视。本文用溶胶凝胶法合成了(La,Nd)y(Fe,Co)1-xZnxO3纳米粉体,并对其导电以及气敏特性进行了研究,发现具有钙钛矿晶体结构的复合氧化物(La,Nd)y(Fe,CO)1-xZnxO3不仅具有良好的气敏性能,且比单一氧化物具有更好的选择性,并且Zn的掺入增大(La,Nd)y(Fe,Co)1-xZnxO3的导电能力和气敏性能。所得结果摘要如下:(1)XRD图谱表明x≤0.3时La(Fe,Co)1-xZnxO3粉体均为单一的钙钛矿结构;随着Zn含量的提高,样品La(Fe,Co)1-xZnxO3的晶胞参数先是增大然后又有所缩小,这是因为Zn离子半径大于Fe离子半径,当Zn替代Fe后La(Fe,Co)1-xZnxO3晶胞参数会有所增大,但与此同时Zn替代(Fe,Co)后为了保持电中性会有部分氧空位出现,为保持钙钛矿结构,La(Fe,Co)1-xZnxO3晶胞会部分收缩。(2)实验发现La(Fe,Co)1-xZnxO3均为P型半导体。随着工作温度的升高,晶体表面的吸附氧捕获了晶粒内部的电子,从而使样品中起导电作用的空穴数量增加,因而样品的导电能力随温度的升高而增加;通过实验可以看出Zn的掺杂明显提高了材料的导电能力,当Zn分别替代Fe和Co后形成点缺陷ZnFex和ZnCox其发生电离产生空穴h·:ZnFex→ZnFe′+h·ZnCox→ZnCo′+h·由于Zn的掺入是大量的,所以ZnFex和ZnCox电离所产生空穴的数目远高于[VLa×]电离产生的空穴,从而引起气敏元件的电导的增加:但是,当Zn替代量X=0.3时,样品中出现了大量的氧空位,空位补偿增大了导电电子的浓度,发生了对空穴的湮灭,反而减小了材料的表面空间电荷层内空穴h·的浓度,引起该材料电导的降低。(3)利用LaFe1-xZnxO3制作的元件对低浓度的甲醛气体均具有较好的灵敏性,其中又以LaFe0.77Zn0.23O3对甲醛的灵敏度最高,对其它气体气敏性很小,显示了很好的选择性,甲醛气体的浓度与灵敏度呈良好的线性关系,这易于传感器设计。LaFe0.77Zn0.23O3气敏元件对甲醛的响应和恢复时间较短,并且LaFe0.77Zn0.23O3气敏元件具有良好的稳定性。因此LaZn0.23Fe0.77O3是一种检测甲醛的有发展前途的气敏材料。(4)利用LaCo1-xZnxO3,制作的元件对低浓度的乙醇有较好的灵敏性,对其他气体基本没有气敏性,显示了很好的选择性。因此,该材料可用于乙醇气体的低浓度检测。(5) XRD谱图表明Zn的掺入并未改变NdyFe1-xZnxO3的钙钛矿结构,当x达到0.17时没有其它杂峰出现。用NdyFe1-xZnxO3纳米粉体制成气敏元件,测试了材料对甲烷气体的气敏特性。测试结果表明Zn的适量掺入可提高对甲烷的灵敏度。其中以Nd0.85Fe0.93Zn0.07O3对甲烷的灵敏度最大,在最佳工作温度200℃下对4×10-6mol╱L几的甲烷气体灵敏度最大值为3.87,在2×10-5mol/L的甲烷气体中灵敏度最大值为16。Nd0.85Zn0.07Fe0.93O3还表现出了极好的响应恢复时间特性,工作温度200℃时对2×10-5mol╱L几的甲烷响应、恢复时间分别为25s和45s。测试了材料对甲醛气体的气敏特性。测试结果表明Zn的适量掺入可提高对甲醛的灵敏度。其中以Nd0.92Fe0.96Zn0.04O3对甲醛的灵敏度最大,在最佳工作温度260℃下对100ppm甲醛气体灵敏度最大值为28,并且对甲苯,氢气,丙酮具有抗干扰性。(6) XRD图谱表明LayFe1-xZnxO3粉体不再为单一的钙钛矿结构而是出现了微量的ZnFe2O4的杂峰。利用LayFe1-xZnxO3制作的气敏元件对乙醇有很高的灵敏度,其中La0.53Fe0.77Zn0.23O3对2000ppm的乙醇灵敏度达到了1300左右,这可能是由于LayFe1-xZnxO3中含有部分ZnFe2O4而ZnFe2O4是n型半导体,两者之间会形成p-n异质结,引起材料电阻的增大;基于气敏元件互补反馈和互补增强原理而导致其对气体有较高的灵敏度。进一步的实验发现La0.53Fe0.77Zn0.23O3对甲醛和丙酮灵敏度较小。这说明La0.53Fe0.77Zn0.23O3对乙醇有较好的选择性。(7) XRD图谱表明LayCo1-xZnxO3粉体不再为单一的钙钛矿结构而是出现了部分ZnCo2O4的杂峰,并且杂峰的强度随着La缺位的增大而变强。测试了LaYCo1-xZnxO3对二甲苯,丙酮,甲醛等气体的灵敏度,结果表明La0.53Co0.77Zn0.23O3对二甲苯的性能稍好,但进一步的实验发现La0.53Co0.77Zn0.23O3对二甲苯的灵敏度随着二甲苯的浓度变化不大。这说明还需要通过其它办法来提高其气敏性能。