LaFeO3/SnO2纳米复合材料的制备与气敏性能研究

• 作 者: 张婉
• 机 构: 华中科技大学
• 出 处: 华中科技大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: LaFeO3 SnO2 纳米复合材料 气敏性能 双电导行为 气敏机理

众所周知,CO₂是一种大气污染气体,大量的二氧化碳排放造成了温室效应,使得全球气候发生变化,自然灾害频发,因此,检测和控制CO₂成为目前的当务之急。CO₂是一种惰性气体,与O₂,H2,Cl2,CO或者NOx这些化学性质活泼、可利用简单气固氧化还原反应、实现探测的气体相比,基于简单金属氧化物开发一款可实现CO₂检测、性能优异的传感器是一项十分困难的工作。P型钙钛矿结构的LaFeO₃,由于其特殊的分层结构及优异的催化性能而受到广泛的关注。LaFeO₃属于窄禁带氧化物半导体且其导电模式为混合导电,在高温下表现出高催化性能和稳定性。SnO₂是目前最重要的n型本征半导体之一,其能带恰好能与LaFeO₃的能带相匹配形成p-n结。同时,SnO₂独特的微结构有利于其与LaFeO₃复合,制备基于多孔厚膜的气敏传感器。基于LaFeO₃/SnO₂复合材料的传感器对CO₂的检测表现出高灵敏度,快响应和较低的工作温度的特点。通常p型纳米复合材料与氧化性气体作用时导电性会增加（p型导电特征）。然而在温度低于300oC时,我们观察到了一个反常的现象:纳米复合材料SnO₂/50%LaFeO₃及80%SnO₂/20%LaFeO₃与NO₂作用时,表现为导电性减小（n型导电特征）的现象。我们称这种导电特征随温度变化而发生改变的现象为双电导行为。为探究LaFeO₃/SnO₂纳米复合材料的气敏特性以及揭示其内在的气敏机理,我们做了系统的研究。我们利用溶胶凝胶法和模板法分别制备了LaFeO₃和SnO₂纯材料。利用上述材料制备了四种比例的复合氧化物,SnO₂的摩尔比分别为:0、20%、50%、80%,并利用这四种复合氧化物对CO₂进行了气敏测试,实验结果表明由于复合在LaFeO₃与SnO₂间形成的p-n结对气敏性能的提升起着至关重要的作用。另外,我们观察到高浓度SnO₂的复合材料仍然呈现出p型导电特征,为探究p型向n型转变的成分点,增加了四个SnO₂浓度,分别为:85%、90%、95%。并利用以上材料对NO₂进行了气敏性能测试及对比分析。结果表明,湿度、测试气体类型（包括NO₂,O₂）、测试气体浓度对材料的导电类型并无影响,温度对其导电类型起着决定性作用。