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纳米晶钙钛矿型La(Pb)Fe(Co,Ni)O_3的制备及气敏特性研究

宋鹏  
【摘要】:由于钙钛矿型稀土金属氧化物ABO_3不仅具有催化性能,巨磁电阻效应,而且还具有良好的气敏性能,因而它引起了材料工作者的极大兴趣。它的功能性质不仅可以通过改变A、B位的元素来控制,还可以通过对A、B位元素的掺杂来实现。研究证明,钙钛矿型稀土金属氧化物为基体的气敏元件具有较高的气敏性、选择性以及良好的稳定性,适合对多种气体的检测。因此,现在基于该类材料的气敏传感器研究十分活跃,成为现代功能材料研究领域的热点。其中以LaFeO_3最为典型而备受重视。 但是LaFeO_3的电阻较高,不利于实际应用,并且其响应恢复时间较长,人们一般用二价碱土金属离子如Ca~(2+)、Sr~(2+)、Ba~(2+)等对其进行掺杂以提高LaFeO_3的导电能力和气敏性能。本论文主要采用溶胶—凝胶法制备了La(Pb)Fe(Co,Ni)O_3系列纳米粉体,详细研究了对LaFeO_3的A位和B位进行掺杂后所得材料的结构、电导特性和气敏性能。所得结果摘要如下: 1.La_(1-x)Pb_xFeO_3(x≤0.3)材料的结构、导电特性以及气敏性能研究 (1)XRD衍射图谱表明对LaFeO_3的A位进行Pb掺杂并未改变LaFeO_3的结构,仍然保持了稳定,单一的正交晶系钙钛矿结构;随着Pb掺杂量的增加,样品XRD图谱中的衍射峰逐渐变宽,这表明在高温烧结形成稳定晶相时,样品颗粒的粒径逐渐减小了,Pb的掺入能够抑止高温烧结过程中晶粒的生长:由于pb~(2+)离子半径大于La~(3+)离子半径,所以当LaFeO_3中A位的La~(3+)部分被pb~(2+)替代后,样品的晶胞参数和晶胞体积均应随替代量的增加而增大,而同时样品中出现了大量的氧空位,为继续保持稳定的钙钛矿结构,其晶胞会出现一定的收缩,从而导致Pb替代量X=0.2时,样品的晶胞参数和品胞体积达到最大值。 (2)La_(1-x)Pb_xFeO_3(x0.3)材料均为p型半导体,它们的主要载流子为空穴h,在升温过程中,吸附氧捕获了材料中的电子,从而导致材料中的空穴h不断增加,因此各样品的电导均随工作温度的增加而增大;Pb的掺入


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