[發(fā)明專(zhuān)利]一種高比表面積鐵酸鑭氣敏材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110042023.9
• 申請(qǐng)日: 2021-01-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112624202A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王新慶;許滎佳;徐靖才;王攀峰;洪波;彭曉領(lǐng);金紅曉;葛洪良
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01G49/00
• 分類(lèi)號(hào): C01G49/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種高比表面積鐵酸鑭氣敏材料的制備方法：以一定原子比的六水硝酸鑭和九水硝酸鐵為前驅(qū)體，采用溶膠凝膠法通過(guò)高比表面積分散劑添加、溶液蒸發(fā)、高溫?zé)Y(jié)等技術(shù)，得到微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為絮狀的鐵酸鑭復(fù)合材料。本發(fā)明制備的鐵酸鑭為p型半導(dǎo)體材料，適用于低濃度乙醇?xì)怏w的預(yù)警。鐵酸鑭納米材料具有高的比表面積，對(duì)乙醇?xì)怏w表現(xiàn)出良好的靈敏度和響應(yīng)恢復(fù)特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高比表面積鐵酸鑭氣敏材料的制備方法，可用于制備半導(dǎo)體氣體傳感器，并對(duì)低濃度危險(xiǎn)氣體進(jìn)行有效的檢測(cè)監(jiān)控。

背景技術(shù)

氣體傳感器是一種能夠檢測(cè)外界氣體種類(lèi)與濃度的器件，其機(jī)理在于通過(guò)與外界氣體進(jìn)行物理吸附或化學(xué)吸附，使得傳感器電阻值發(fā)生變化，相應(yīng)的轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。這類(lèi)傳感器能夠?qū)σ妆⒁兹肌⒂卸練怏w和廢氣進(jìn)行安全有效的檢測(cè)。

目前，由于金屬半導(dǎo)體氧化物制備成本低、功耗低、應(yīng)用廣泛等，金屬半導(dǎo)體氧化物氣體傳感器被廣泛研究，比如SnO₂、ZnO、In₂O₃、CuO、Co₃O₄. NiO等。其中LaFeO₃是一中具有較窄的禁帶寬度的P型半導(dǎo)體氧化物，在光催化，氣敏，磁性能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

半導(dǎo)體金屬氧化物氣體傳感器主要通過(guò)材料在不同氣體氛圍下，材料表面原子的吸附與脫附引起其電阻值的變化不同，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊氣體定性定量的檢測(cè)。將P型半導(dǎo)體氣敏材料置于空氣條件下時(shí)，空氣中的氧分子與材料表面原子進(jìn)行吸附與脫附，其中表面的原子價(jià)帶失去電子與吸附的氧分子結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)镺^2-、O^-、O^2-。這種材料表面原子價(jià)帶電子的失去，使得材料表層電子濃度降低，形成一個(gè)空穴積累層，使得材料表層電阻降低。當(dāng)材料處于還原性氣體氛圍下時(shí)，還原性氣體提供電子與材料表層的空穴抵消，載流子濃度降低，從而使半導(dǎo)體氧化物電阻值升高。

影響半導(dǎo)體氣敏材料的因素主要有兩種，分別是改變材料的形貌、尺寸結(jié)構(gòu)，以及摻雜其他元素。通過(guò)不同合成方法，制備出不同形貌以及尺寸結(jié)構(gòu)的氣敏材料，通過(guò)增加材料的比表面積來(lái)增加材料表面的活性穩(wěn)點(diǎn)，用以提升氣敏材料的性能。而通過(guò)摻雜高價(jià)的元素，能夠使得P型半導(dǎo)體材料的空穴濃度升高，增加材料載流子濃度，降低材料表面的電阻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)P型半導(dǎo)體氧化物氣敏材料在靈敏度以及響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間的不足，設(shè)計(jì)了一種高比表面積鐵酸鑭氣敏材料的制備工藝，可用作低濃度氣體傳感器材料，對(duì)乙醇具有較高的的靈敏度與較低的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間。

LaFeO₃納米材料是一種典型的P型金屬氧化物半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度在2.0eV之間，低的禁帶寬度能夠提高電子躍遷速率，降低響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間，具有較高的熱穩(wěn)定性，因此可以作為絕佳的氣敏材料。

本實(shí)驗(yàn)采用溶膠凝膠法制備了鐵酸鑭納米絮狀顆粒。采用溶膠凝膠法制備的LaFeO₃，具有高的比表面積、低的禁帶寬度，能夠增加材料表面缺陷，提升吸附氧氣能力和速率，從而增加傳感器靈敏度和提高應(yīng)恢復(fù)速率。

一種高比表面積鐵酸鑭氣敏材料的制備方法，其特征在于其制備方法采用溶膠凝膠法，加入適量的高比表面積活性炭分散劑，通過(guò)調(diào)節(jié)溶液pH值，獲得高比表面積絮狀鐵酸鑭納米材料。具體步驟如下：一、將2.165g九水硝酸鑭和2.02g六水硝酸鐵和100 mL去離子水?dāng)嚢?.5~1 h。待硝酸鹽完全溶解后，加入3~9 g檸檬酸，繼續(xù)攪拌0.5~1 h后；二、將活化后的高比表面積活性炭，活性炭與鐵酸鑭的質(zhì)量比為：1:2~3，持續(xù)攪拌4~8 h后，用氨水滴定緩慢將溶液pH調(diào)節(jié)至5~7；三、將混合液倒入67~75℃恒溫水浴杯中，溶液體積減少約40~60%后，將收集的溶膠轉(zhuǎn)移至烘箱中，于150~240℃條件下干燥發(fā)泡7 h，得到褐色蓬松樣品。四、充分研磨后，將褐色粉末放入馬弗爐中400~650℃燒結(jié)2~6小時(shí)，得到高表面積鐵酸鑭納米材料。