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过渡金属掺杂的LaMO3（M＝Cr，Ni）复合氧化物的合成与气敏性质研究

2020-12-03阅读(156)

过渡金属掺杂的LaMO3（M＝Cr，Ni）复合氧化物的合成与气敏性质研究

论文摘要

ABO3钙钛矿型氧化物具有高度的热稳定性和晶体结构稳定性，并且对某些气体具有很高的灵敏度和良好的选择性，其气敏特性还可以通过A位或B位的掺杂而得到改善，近年来引起了研究者的广泛关注。本文采用柠檬酸盐溶胶-凝胶法合成了LaCr1-xMxO3（M=Co，Fe，Ni，Sn，Ti）和LaNi1-xTixO3系列化合物的纳米粉体，并制备了厚膜型气敏元件，在丙酮、乙醇、正丙醇、甲醇、甲醛等有机气体中测试了它们的气敏性能。利用磁控溅射技术，在Al2O3基片上制备了LaNi0.5Ti0.5O3基薄膜型气敏元件，并对其进行了气敏性能测试。所得结果摘要如下：（1）LaCr0.9Co0.1O3、LaCr0.9Fe0.1O3、LaCr0.9Ni0.1O3、LaCr0.95Sn0.05O3和LaCr1-xTixO3（x=0.0-0.3）粉体为正交单相钙钛矿结构，其厚膜型气敏元件在350℃时对丙酮、乙醇、正丙醇、甲醇、甲醛等有机气体的气敏性能测试表明：0．1mol Co、Fe、Ni和0．05mol Sn元素在LaCrO3的B位进行掺杂后，不能有效提高材料对以上测试气体的气敏性能；而Ti元素的适量掺杂可以极大地改善LaCrO3的气敏性能，使之显示出对丙酮气体的高灵敏度和快速响应恢复能力。（2）对于LaNi1-xTixO3体系，当0．0≤x≤0．7时为单相钙钛矿结构，x=0．8时开始出现La2Ti2O7相，x>0．8后完全转变为La2Ti2O7结构。在LaNiO3的B位掺杂Ti元素，可以显著影响材料的晶体结构、导电性及活化能，并且通过调整Ti元素的掺杂比例可以提高材料对丙酮气体的灵敏度和选择性。气敏测试结果显示，当掺杂量x=0．5时厚膜型气敏元件在350℃条件下具有极好的丙酮气体敏感性能，与LaCr1-xTixO3材料相比，LaNi0．5Ti0.5O3在初始电阻、灵敏度、选择性等方面都得到了极大的改善和提高。其丙酮气体敏感性能主要来源于以下过程：丙酮气体分子与吸附氧之间发生反应形成中间体{acetone-oxygen}，中间体随即发生分解和氧化，并最终生成CH3COOH，在350℃下CH3COOH从敏感材料表面脱附。（3）利用磁控溅射技术制备了LaNi0．5Ti0.5O3薄膜，经过700℃热处理3h后基本保持了其粉体的组成及表面状态。与厚膜样品相比，LaNi0.5Ti0．5O3薄膜的导电性明显提高，在350℃下对丙酮气体的选择性也有所提高，但是灵敏度和响应恢复性能有所下降，还需要探寻更佳的薄膜溅射工艺条件。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 概述
  • 1.2 半导体气敏材料发展概况
  • 1.3 半导体氧化物的气敏机理
  • 1.3.1 表面电阻控制模型
  • 1.3.2 氧化还原模型
  • 1.3.3 接触燃烧模型
  • 1.3.4 气固分配平衡模型
  • 1.3.5 体电阻控制模型
  • 3钙钛矿型气敏材料发展现状'>1.4 ABO3钙钛矿型气敏材料发展现状
  • 3钙钛矿型氧化物的结构'>1.4.1 ABO3钙钛矿型氧化物的结构
  • 3钙钛矿型氧化物的制备方法'>1.4.2 ABO3钙钛矿型氧化物的制备方法
  • 3钙钛矿型氧化物的气敏性质'>1.4.3 ABO3钙钛矿型氧化物的气敏性质
  • 1.5 课题的选取及研究意义
  • 第2章 实验部分
  • 2.1 试剂与仪器
  • 2.1.1 试剂
  • 2.1.2 仪器
  • 2.2 材料的制备
  • 2.2.1 纳米粉体的制备
  • 2.2.2 薄膜的制备
  • 2.3 材料的表征
  • 2.3.1 物相分析
  • 2.3.2 热分析
  • 2.3.3 红外光谱分析
  • 2.3.4 形貌分析
  • 2.3.5 X-射线光电子能谱分析
  • 2.4 气敏元件的制备及气敏性能测试
  • 2.4.1 厚膜型气敏元件的制备及气敏性能测试
  • 2.4.2 薄膜型气敏元件的制备及气敏性能测试
  • 2.4.3 气敏特性参数
  • 1-xMxO3（M=Fe,Co,Ni,Sn,Ti）材料的气敏性能研究'>第3章 钙钛矿型LaCr1-xMxO3（M=Fe,Co,Ni,Sn,Ti）材料的气敏性能研究
  • 0.9Co0.1O3化合物的制备及气敏性能研究'>3.1 LaCr0.9Co0.1O3化合物的制备及气敏性能研究
  • 0.9Co0.1O3凝胶前驱体的热分析'>3.1.1 LaCr0.9Co0.1O3凝胶前驱体的热分析
  • 0.9Co0.1O3粉体的物相分析'>3.1.2 LaCr0.9Co0.1O3粉体的物相分析
  • 0.9Co0.1O3材料的气敏性能'>3.1.3 LaCr0.9Co0.1O3材料的气敏性能
  • 0.9Fe0.1O3化合物的制备及气敏性能研究'>3.2 LaCr0.9Fe0.1O3化合物的制备及气敏性能研究
  • 0.9Fe0.1O3粉体的物相分析'>3.2.1 LaCr0.9Fe0.1O3粉体的物相分析
  • 0.9Fe0.1O3材料的气敏性能'>3.2.2 LaCr0.9Fe0.1O3材料的气敏性能
  • 0.9Ni0.1O3化合物的制备及气敏性能'>3.3 LaCr0.9Ni0.1O3化合物的制备及气敏性能
  • 0.9Ni0.1O3化合物的物相分析'>3.3.1 LaCr0.9Ni0.1O3化合物的物相分析
  • 0.9Ni0.1O3材料的气敏性能'>3.3.2 LaCr0.9Ni0.1O3材料的气敏性能
  • 1-xSnxO3（x=0.0-0.1）化合物的制备及气敏性能'>3.4 LaCr1-xSnxO3（x=0.0-0.1）化合物的制备及气敏性能
  • 1-xSnxO3（x=0.0-0.1）化合物的物相分析'>3.4.1 LaCr1-xSnxO3（x=0.0-0.1）化合物的物相分析
  • 0.95Sn0.05O3材料的气敏性能'>3.4.2 LaCr0.95Sn0.05O3材料的气敏性能
  • 1-xTixO3（x=0.0-0.4）化合物的制备及气敏性能'>3.5 LaCr1-xTixO3（x=0.0-0.4）化合物的制备及气敏性能
  • 1-xTixO3（x=0.0-0.4）化合物的制备'>3.5.1 LaCr1-xTixO3（x=0.0-0.4）化合物的制备
  • 1-xTixO3（x=0.0-0.3）系列化合物的气敏性能'>3.5.2 LaCr1-xTixO3（x=0.0-0.3）系列化合物的气敏性能
  • 3.6 本章小结
  • 1-xTixO3（x=0.0-1.0）化合物的制备及性能研究'>第4章 LaNi1-xTixO3（x=0.0-1.0）化合物的制备及性能研究
  • 1-xTixO3（x=0.0-1.0）化合物的制备与晶体结构分析'>4.1 LaNi1-xTixO3（x=0.0-1.0）化合物的制备与晶体结构分析
  • 1-xTixO3（x=0.0-0.8）化合物的红外光谱,扫描电镜与EDAX能谱分析'>4.2 LaNi1-xTixO3（x=0.0-0.8）化合物的红外光谱,扫描电镜与EDAX能谱分析
  • 1-xTixO3（x=0.0-0.8）化合物的导电性研究'>4.3 LaNi1-xTixO3（x=0.0-0.8）化合物的导电性研究
  • 1-xTixO3（x=0.0-0.5）化合物的气敏性能研究'>4.4 LaNi1-xTixO3（x=0.0-0.5）化合物的气敏性能研究
  • 1-xTixO3（x=0.0-0.5）化合物的X-射线光电子能谱分析'>4.5 LaNi1-xTixO3（x=0.0-0.5）化合物的X-射线光电子能谱分析
  • 0.5Ti0.5O3化合物的丙酮气体敏感机理'>4.6 LaNi0.5Ti0.5O3化合物的丙酮气体敏感机理
  • 4.7 本章小结
  • 0.5Ti0.5O3化合物薄膜的制备及性能研究'>第5章 LaNi0.5Ti0.5O3化合物薄膜的制备及性能研究
  • 5.1 磁控溅射基本原理
  • 0.5Ti0.5O3化合物薄膜的制备'>5.2 LaNi0.5Ti0.5O3化合物薄膜的制备
  • 0.5Ti0.5O3薄膜的表面形貌分析'>5.3 LaNi0.5Ti0.5O3薄膜的表面形貌分析
  • 0.5Ti0.5O3薄膜的X-射线光电子能谱分析'>5.4 LaNi0.5Ti0.5O3薄膜的X-射线光电子能谱分析
  • 0.5Ti0.5O3薄膜的气敏性能'>5.5 LaNi0.5Ti0.5O3薄膜的气敏性能
  • 5.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文

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