《新型CO2氣敏材料的探索》是依託山東大學，由胡季帆擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型CO2氣敏材料的探索
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：胡季帆
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
探測/監測CO2氣體是目前一個比較重要的工作。 通常情況下，由於CO2的化學性質不活潑，相比其他一些具有較強還原性或氧化性氣體來講， 比較難以探測。本項目探索鈣鈦礦稀土鐵基氧化物以及錳基氧化物作為新型靈敏CO2氣敏材料的可能性，探索二價元素成分x、稀土元素種類、 製備條件、空氣濕度等因素影響CO2氣敏特性（靈敏度、最佳工作溫度、回響恢復時間等）的規律。 探索Ag和B位摻雜對氣敏性能的影響，以尋求製備CO2氣體高敏感材料，探索鈣鈦礦稀土鐵基氧化物以及錳基氧化物對CO2的氣敏機理。探索鈣鈦礦稀土鐵基氧化物-SnO2 材料作為新型靈敏CO2氣敏材料的可能性， 研究其可能的CO2氣敏性質， 並探索該類p-n複合體系的CO2 氣敏機理。本項目的實施有利於發展新型靈敏的、結構簡單、使用便捷的CO2氣敏器件，有利於理解材料對CO2 氣體回響的微觀機理，具有重要的實際意義和科學研究價值。
結題摘要
探測/監測CO2氣體是目前一個比較重要的工作。通常情況下，由於CO2的化學性質不活潑，相比其他有較強還原或氧化性氣體來講，比較難以探測。 本項目探索發現了鈣鈦礦鐵基及錳基氧化物兩類CO2高靈敏感測材料。 750o C 3.5 小時退火LaFeO3，其厚膜式感測器性能：最佳工作溫度為150 o C， 4000ppm下最大靈敏度S=2.1, 回響、恢復時間分別為13s和8s。相同納米粉製備的厚膜式感測器的CO2 靈敏度優於粉晶填充式感測器，且最佳工作溫度也低， CO2氣敏回響、恢復時間更短。 稀土A位摻雜二價鹼土元素可不僅有效提高CO2氣敏性能，而且降低材料器件電阻。二價鹼土元素的最佳替代比例為20 at%。 對於La0.8Ba0.2FeO3 厚膜感測器， 4000 ppm CO2 下，最佳工作溫度為150oC，最大靈敏度為3.93，回響、恢復時間分別為13s和7s。 靈敏度隨環境氧濃度提高而增大。 這些結果提示氧吸附在CO2氣敏過程中扮演了重要作用。 第一性原理計算表明，當暴露於CO2， CO2轉移電子給預吸附氧的未摻雜或摻雜二價元素的 LaFeO3表面，從而提高p型鈣鈦礦稀土鐵基氧化物的電阻， 形成氣敏性。 隨著室溫濕度增加，La-Fe基氧化物厚膜式感測器對CO2的靈敏度降低，第一性原理計算表明，濕空氣下的CO2氣敏效應來源於CO2、表面羥基、吸附氧與半導體表面作用的合效果。研究發現30 at%Co在B位（Fe位）摻雜替代，使得感測器電阻下降非常多，有利於感測器的設計， 但CO2的靈敏度有所下降。發現貴金屬Pd的摻雜可提高材料靈敏度。SnO2-SmFeO3複合比例為1:1時， 220 oC下 對4000ppm CO2最大回響靈敏度可達到4.65。電子轉移導致的p-n結勢壘的變化以及碳酸鹽的產生都可能是p-n複合材料CO2氣敏的來源。對於La0.8Ba0.2MnO3 厚膜感測器, 對5000ppm CO2, 氣敏靈敏度為2.83。 實驗發現LaCrO3具有”倒給電子”現象, 並得到第一性原理計算支持。 發現在濕空氣下， 納米SnO2 可對CO2有較好氣敏性, 並得到第一性原理計算解釋。本項目發現了數種新型靈敏CO2氣敏感測器， 不僅有科學意義， 而且有較好的套用前景。
