【摘 要】
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丙酮（CH3COCH3）是一种严重危害人们身体健康的挥发性有机化合物（VOCs）气体。传统的丙酮气体传感器具有响应值较低,稳定性差以及响应/恢复时间较长等缺点。因此,研发高性能气体传感器用于检测丙酮气体具有重要的意义。本文以LnFeO3（Ln=Yb,Tm和Er）纳米晶体作为研究对象,探索了改变镧系元素对LnFeO3气敏性能的影响。并通过不同波长的光场调控,研究了光辅助与敏感材料气敏性能的关联机制。
【基金项目】
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国家自然科学基金（编号:62071410）； 湖南省教育厅科学基金（编号:19A475）； 湖南省科技计划项目（编号:2019RS1056）；
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丙酮（CH3COCH3）是一种严重危害人们身体健康的挥发性有机化合物（VOCs）气体。传统的丙酮气体传感器具有响应值较低,稳定性差以及响应/恢复时间较长等缺点。因此,研发高性能气体传感器用于检测丙酮气体具有重要的意义。本文以LnFeO3（Ln=Yb,Tm和Er）纳米晶体作为研究对象,探索了改变镧系元素对LnFeO3气敏性能的影响。并通过不同波长的光场调控,研究了光辅助与敏感材料气敏性能的关联机制。本论文主要研究内容如下:1.通过溶胶-凝胶法制备了LnFeO3纳米晶体,并通过X射线衍射仪（XRD）,场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）等表征手段对其微观形貌、晶体结构以及组成物质等进行了表征。基于LnFeO3纳米晶体制备了旁热式气体传感器,并且在不同测试条件下对其气敏性能进行了测试。实验结果表明:与Tm FeO3和ErFeO3纳米晶体气体传感器相比,Yb FeO3纳米晶体气体传感器对丙酮气体的气敏性能更优。Yb FeO3纳米晶体气体传感器具有快速响应/恢复时间（18/25 s,10ppm丙酮）并且其响应值可以达到4.23,其检测限可达到500 ppb。2.为了解决传统气体传感器选择性不高,响应/恢复时间较长等缺点,我们通过引入不同波长（λ=356-660 nm）的辅助光场来提升LnFeO3纳米晶体气体传感器的各项气敏性能。实验结果表明:与无光环境相比,在紫外光及可见光光场辅助下,LnFeO3纳米晶体气体传感器的最佳工作温度由200℃降为170℃。并且在光场辅助下,LnFeO3纳米晶体气体传感器对丙酮气体的响应值、响应/恢复速度以及选择性等气敏性能都得到了提升。在最佳工作温度条件下,当Yb FeO3纳米晶体气体传感器在365 nm光场下进行测试时,该传感器对10 ppm丙酮气体的响应值达到5.2,其响应/恢复时间分别为9 s和8 s;Tm FeO3纳米晶体气体传感器在530 nm光场下对10 ppm丙酮气体测试时,其响应值达到4.6,响应恢复时间分别为11 s和9 s;ErFeO3纳米晶体气体传感器在365 nm光场下对10 ppm丙酮气体测试时,其响应值达到4.1,响应恢复时间分别为10 s和9 s。LnFeO3纳米晶体气体传感器气敏性能提升的原因主要是在紫外光和可见光的照射下,LnFeO3纳米晶体表面活化能的增加。
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