[发明专利]一种高气敏性能的LaFeO3

说明书

本发明属气体传感器的制备技术领域，提供一种高气敏性能的LaFeO₃基乙醇气体传感器及其制备方法，溶胶凝胶法制备得到的La_2/3Ba_1/3Fe_2/3Ti_1/3O₃纳米粉体作为工作物质制备成旁热式陶瓷管构造气体传感器元件。在LaFeO₃晶格中La和Fe位引入等量Ba和Ti元素，增加纳米粉体表面吸附氧能力，不添加重金属和稀土贵金属下，使乙醇气体传感器元件有较低工作温度，较高气体响应及选择性。对乙醇的最佳工作温度为128℃，最佳工作温度下对100ppm乙醇的气体响应为48.1；对100ppm丙酮、DMF、二氯甲烷、正己烷、二氧化碳、氢气气体响应为22.4以下；对20ppm乙醇的气体响应达15.1。

技术领域

本发明属于气体传感器的制备技术领域，具体涉及一种高气敏性能的LaFeO₃基乙醇气体传感器及其制备方法，以LaFeO₃纳米颗粒为基本工作物质的传感器元件，提高其乙醇气敏性能。

背景技术

随着现代社会的发展，人们越来越注重健康和安全问题，乙醇是各种酒的主要成分，同时又是具有可燃性气体，过度饮酒、酒驾及乙醇的泄漏都有很大的健康和安全隐患，因此具有高灵敏度、高选择性、稳定可靠的乙醇气体传感器对人体健康和生命安全具有重要意义。目前，掺杂半导体氧化物SnO₂、ZnO、TiO₂、Fe₂O₃、V₂O₅等被广泛应用于乙醇气体检测，其原理是利用吸附在半导体氧化物表面上的氧气与被检测的乙醇气体反应，从而改变半导体材料的电阻，通过测量电阻的变化实现乙醇气体的检测。但这类乙醇气体传感器普遍存在工作温度较高、气体响应较低、响应恢复时间较长、选择性较差等问题，不利于气敏传感技术的发展。

钙钛矿型氧化物LaFeO₃是一种p型半导体，暴露在乙醇这样的还原性气体中电阻会增大。近年来，以LaFeO₃为基础的乙醇气体传感器元件研究受到广泛关注，因为这类传感器稳定性很高。然而，基于科研工作者先前的研究工作我们发现：LaFeO₃本身电阻很大，不利于实际应用，并且LaFeO₃基乙醇气体传感器元件的最佳工作温度仍然较高，通常在200℃以上，不利于低功耗器件的研究；在最佳工作温度下对乙醇气体的气体响应还不够高，特别是对低浓度的乙醇气体响应还有待提高。目前的方法主要就是通过Ca、Sr、Ba、Pb等二价元素掺杂替代三价La的位置，或者用Co、Mg、Ni等元素掺杂替代三价Fe的位置，提供更多的空穴载流子，从而降低材料的电阻，并提高其气敏性能，但目前气体响应较高的LaFeO₃基乙醇气体传感器元件，其最佳工作温度在200℃以下的LaFeO₃基乙醇气体传感器元件，要么含有Pb这样的重金属元素，不利于环境保护，要么含有Sm这样的稀土贵金属，成本较高。

发明内容

本发明提供了一种高气敏性能的LaFeO₃基乙醇气体传感器及其制备方法，选择合适的制备参数，将利用溶胶凝胶法制备得到的La_2/3Ba_1/3Fe_2/3Ti_1/3O₃纳米粉体作为工作物质制备成旁热式陶瓷管构造气体传感器元件。通过在LaFeO₃ 晶格中La和Fe位同时引入等量的Ba和Ti元素，增加了LaFeO₃纳米粉体表面吸附氧的能力，在不添加重金属和稀土贵金属条件下，使得到的LaFeO₃基乙醇气体传感器元件具有较低的工作温度，较高的气体响应及选择性，其中气体响应定义为传感器元件在待测气体环境下电阻与在干燥空气中电阻的比值。

本发明通过如下技术方案予以实现：