氧化鐵基納米材料的制備及氣敏性能研究.pdf

1、常用的簡(jiǎn)單氧化物氣敏材料靈敏度偏低，選擇性較差。因此，通過(guò)摻雜和復(fù)合技術(shù)改進(jìn)簡(jiǎn)單氧化物氣敏性能的研究成為傳感器領(lǐng)域多年來(lái)的研究熱點(diǎn)。目前，氣體傳感器可大致分為SnO2系、ZnO系、WO3系、Fe2O3系及近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的具有特定結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物等，研究Fe2O3系列傳感器的氣敏性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文對(duì)Fe2O3氧化物氣敏材料近年來(lái)的研究、發(fā)展及應(yīng)用情況作了較全面的總結(jié)和評(píng)述，并對(duì)Fe2O3氣敏材料進(jìn)行了系統(tǒng)研究。實(shí)驗(yàn)部分制備

2、了純的和摻雜不同金屬離子的Fe2O3和復(fù)合氧化物并研究了其氣敏性能。分別采用均勻沉淀法、溶膠凝膠法、檸檬酸溶解熱解法制得純的Fe2O，采用水熱法制得Ni摻雜α-Fe2O3氣敏材料和Ni2FeO4尖晶石型復(fù)合氧化物光催化劑，采用溶膠凝膠法制得摻雜La2O3的Fe2O3材料和LaFeO3復(fù)合氧化物。利用XRD、TEM、SEM等手段對(duì)粉體的粒度、晶體結(jié)構(gòu)、形貌等進(jìn)行了分析。研究了不同制備方法、煅燒溫度、工作溫度、氣體濃度及摻雜量對(duì)氣敏性能的影

3、響。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用溶膠凝膠法制得的材料對(duì)對(duì)乙醇響應(yīng)最好，工作溫度為225℃時(shí)，對(duì)汽油的靈敏度為26.2。在工作溫度175℃時(shí)，靈敏度為26.9，可以實(shí)現(xiàn)同一元件在不同溫度監(jiān)測(cè)不同氣體。檸檬酸溶解熱解法制得的Fe2O3材料選擇性最好，在工作溫度為250℃時(shí)，僅對(duì)汽油有響應(yīng)，對(duì)汽油的靈敏度為15.38。為了進(jìn)一步提高材料的氣敏性能，采用水熱法和溶膠凝膠法制備了Ni和La摻雜的Fe2O3。水熱法制備的Ni摻雜α-Fe2O3600

4、℃煅燒后對(duì)H2S的靈敏度提高到122，選擇性也能滿足實(shí)際應(yīng)用需要，響應(yīng)時(shí)間為5s，恢復(fù)時(shí)間為14s。溶膠凝膠法制備La摻雜的γ-Fe2O3在摻雜量為5％時(shí)，氣敏性能最好，對(duì)NO2氣體的靈敏度為105。隨著La摻雜量的增加，可以提高γ-Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)棣?FeO3的相轉(zhuǎn)變溫度。溶膠凝膠法制備的LaFeO3復(fù)合氧化物，在600℃比800℃煅燒后的氣敏性能更好，這可能隨著煅燒溫度提高使得部分顆粒間有團(tuán)聚現(xiàn)象，粉體半徑變大所引起的。在工作溫度2