[发明专利]SmFeO3基电导型丙酮气体敏感材料、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于半导体气体敏感材料工程领域，具体涉及SmFe0₃基电导型丙酮气体敏感材料、制备方法及应用。

背景技术

随着社会的发展，日常生活与工业生产中人们接触各类气体的情况也越来越多。其中丙酮气体，在工业中既可以作为有机物质的良好溶剂，同时又是化学合成中的重要原料，可以用来合成甲基异丁基酮、二酮醇等。此外，丙酮还是动物体物质代谢的一种产物，如糖尿病的酮症酸中毒是由血液中血清酮体的增高引起，而丙酮是酮体代谢的最终产物。在食品质量检测中，通过对肉类食品挥发的气体中丙酮浓度的检测来评价食物的保鲜状况。

此前对丙酮气体的定量检测方法主要有气相或液相色谱法、分光光度计法、石英晶体微量秤法、光寻址电位传感器(LAPS)法和光纤传感器法等。这些检测方法检测成本比较昂贵，制备方法也很复杂。

应用新材料、新工艺研究和开发新的气体传感器，对各种气体气体进行分析和检测是当前的重要研究与应用领域之一。目前，电导型气体敏感材料与元件是应用中的主流产品，其性能不仅取决于材料的化学组成，在很大程度上也取决于材料的微观结构与制造工艺。其中钙钛矿型复合氧化物(ABO₃)具有灵活的可“化学剪裁”设计特点，这类气敏材料既具有很高的组成敏感性，又有很高的工艺敏感性。ABO₃作为一种气敏材料在许多领域正被研究和开发，有着广阔的应用前景。

本发明的铁酸钐基(SmFeO₃)复合氧化物半导体气敏传感器，具有对低浓度丙酮气体灵敏度高、响应快、体积小、能耗与成本低、操作简单等特点，可广泛地应用在对丙酮气体检测的各种应用上。

发明内容

本发明提供了一类以SmFeO₃为基的电导型丙酮气体敏感材料与制备方法。该材料由SmFeO₃复合氧化物组成，根据对丙酮气敏的灵敏度，选择性，工作温度、应用背景等的不同使用要求，可以在本发明气敏半导体材料中通过不同的过渡金属以及稀土元素掺杂，实现其敏感特性。其中在Sm位置掺杂元素La，在Fe位置分别掺杂元素Cu、Ni，这样可形成如化学组成为(Sm_1-xLa_x)(Fe_1-yB_y)O₃复合氧化物敏感材料。

通过液相化学法将上述复合氧化物敏感材料制成溶胶形态，再通过工艺形成薄膜型直热式与烧结型旁热式半导体传感器，实现对丙酮气体检测。本发明的材料与制备方法对丙酮气体灵敏度高，工作温度范围宽，选择性好，响应、恢复时间快，稳定性好。

本发明的技术是这样实现的：

一种SmFeO₃为基的电导型丙酮气体敏感材料，其特征是通式为(Sm_1-xLa_x)(Fe_1-yB_y)O₃的复合氧化物，其中B代表Cu、Ni，0≤x≤0.5，0.05≤y≤0.2。

本发明的SmFeO₃为基的电导型丙酮气体敏感材料的制备方法，步骤如下：

a)配置0.5mol/L的Sm(NO₃)₃溶液；配置0.5mol/L的Fe(NO₃)₃溶液；配置1.0mol/L的柠檬酸溶液；分别称取含La、Cu、Ni其中一种硝酸盐粉末，置于各自不同的容器内，加水溶解，混合均匀，形成0.5mol/L的溶液；

b)按(Sm_1-xLa_x)(Fe_1-yB_y)O₃复合氧化物的计量比，配制出SmFeO₃基溶液，再按SmFeO₃基：柠檬酸＝1：1的摩尔比将SmFeO₃基与柠檬酸水溶液混合均匀，形成设计配方的SmFeO₃基敏感材料的基本化学组成溶液。