摘要
以纳米氧化铁系列半导体作为气敏材料是科学工作者多年来研究的一个热点问题，本文首先对纳米氧化铁基气敏材料近年来的研究、发展及应用情况作了较全面的总结和评述，并在此基础上研究发现：具有钙钛矿结构的稀土复合纳米材料因具有特殊的结构而有比单一氧化物更好的气敏特性。因此，本论文以纳米氧化铁为基体材料，掺入不同的稀土元素经一定条件下合成反应，使之形成具有钙钛矿结构的稀土复合纳米材料，并以此为主线开展科研工作。 实验工作的主体部分是利用柠檬酸溶胶-凝胶法制备出了一系列稀土复合氧化物REFeO3(RE=Pr,Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy,Ho，Er,Tm，Yb)，并利用XRD对产品的物相进行了分析，结合Scherrer公式对晶粒的原始尺寸和晶胞参数进行了计算；用TEM对粉体晶粒的粒径和形貌进行了观察；将产物粉体制成气敏元件，用静态配气法在气敏测试仪上进行了灵敏度和响应-恢复曲线的测试，研究了各种材料的气敏特性，并计算出其响应-恢复时间。 通过对上述各种材料的气敏性能研究分析，发现其中的六种物质具有良好的气敏特性，包括对酒精敏感的SmFeO3、HoFeO3；对H2S敏感的NdFeO3、DyFeO3；对汽油敏感的EuFeO3、GdFeO3，并从结构因素分别对此三类材料的敏感机理进行了深入探讨。对于Pr和Tb来说，尽管也能形成稀土复合氧化物REFeO3，但通过测试发现其气敏性能较差；对于Er，Tm，Yb，由于它们均属于重稀土元素，而要使其形成具有钙钛矿结构的复合氧化物，其焙烧温度必需达到1000℃以上，导致产物的粒径增大，从而降低了其气敏性能。实验结果证明，利用柠檬酸溶胶-凝胶法合成的产物为纳米颗粒，合成的纳米材料SmFeO3、HoFeO3、NdFeO3、DyFeO3、EuFeO3、GdFeO3的平均粒径分别为30nm、25nm、28nm、26nm、20nm、21nm；通过对元件的气敏性能测试发现：HoFeO3元件对酒精的灵敏度最高为103，而且具有很好的选择性及响应-恢复特性，能够达到酒敏元件的各项指标，完全有可能成为未来的一种酒敏材料；DyFeO3气敏元件对H2S的最高灵敏度为30，而且发现DyFeO3元件无论从选择性还是测试的气体浓度范围来讲，均具有良好的气敏特性，再综合其响应-恢复特性，DyFeO3元件将是检测H2S的一种很好的气敏材料。EuFeO3、DyFeO3元件在340℃时对汽油的灵敏度分别为39和45，但是发现这两种元件对汽油的选择性不太理想，而从元件的长期稳定性来看，两者均有较好稳定性，如果再加以深入研究，两种材料在未来很可能会成为检测汽油的良好气敏材料。
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