[发明专利]气敏电阻材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于气氛探测领域，尤其涉及一种气敏电阻材料及其制备方法。

背景技术

对于某些材料，其电阻值随所处外界气氛的变化而改变。电阻对气氛响应有不同的机理，例如不同气氛中样品表面与气氛气体发生氧化还原反应，导致样品表面能带结构发生变化从而影响样品的电输运性质，或者由于不同气体导热率不同，从而导致在气氛中探测电阻丝的温度不同，通过测量电阻的大小，就可以推算样品所处的气体环境以及其压强。

一种常见的探测气体真空度的元件为皮拉尼电阻规，该电阻规一般使用金属丝，耐腐蚀耐高温性较差，故皮拉尼电阻规具有较窄的工作温区，并且只用于探测给定气体的真空度。其余的气敏探测元件，如SnO₂气敏元件可以根据SnO₂在不同气氛中电阻值不同而标定探测气体的成分，但其工作响应温度较高，高温下才能与气氛发生化学从而导致元件电阻改变以达到探测气氛的目的。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决以上现有技术的至少一个问题，提供一种新的气敏电阻探测材料。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一方面，提供一种气敏电阻材料，该材料为以下通式的化合物：RFe₂O₄(RFeO₃)_n，其中R为Y、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或In，n等于0或1。

在上述气敏电阻材料中，其中，所述材料为单晶或多晶。

根据本发明的另一方面，提供一种制备气敏电阻材料RFe₂O₄的方法，包括以下步骤：

步骤1)：将R₂O₃和Fe₂O₃按照摩尔比1∶2充分混合，在CO₂和H₂的气氛下烧结，温度为1000℃至1300℃，然后冷却至室温，得到RFe₂O₄粉末；其中R为Y、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或In；

步骤2)：将已得到的多晶粉末置于铂金坩埚中并被加热到1500℃-1700℃，固体被融化，然后冷却至900℃。

在上述方法中，步骤1)包括在1200℃下烧结，然后随炉冷却至室温。

在上述方法中，步骤2)包括加热到1620℃。

在上述方法中，步骤2)包括以1℃/min的速度冷却至900℃。

根据本发明的又一方面，提供一种制备气敏电阻材料RFe₃O₇的方法，包括以下步骤：

步骤1)：将R₂O₃和Fe₂O₃按照摩尔比2∶3充分混合，混合均匀后压制成片，放入管式炉中，在CO₂与H₂混合气氛下烧结；

步骤2)：当步骤1)得到的产物温度降至900℃时，将产物放入冰水混合物中淬火。

在上述方法中，步骤1)中的烧结时间为48小时。

在上述方法中，步骤1)中的烧结温度为1200℃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明使用氧化物陶瓷材料充当探测电阻丝，抗腐蚀，耐高温，响应时间快(响应时间为秒的量级)，制备工艺简单，具有很宽广的工作温区(-50℃～200℃)。在室温范围到400K的温区内都可以对不同气氛(包括真空)，产生阻变响应，从而达到探测气氛的目的。本发明的气敏电阻探测材料不仅可以用于探测真空度用于制备真空计，还可以利用常温下的气氛敏感的性质制备成气敏元件。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1示出了LuFe₂O₄在不同气氛下得到的电流-电压关系；

图2示出了LuFe₂O₄电阻在气体环境逐渐发生变化时在不同温度下的响应范围；

图3示出了LuFe₂O₄电阻在氧气和真空中周期性的变化；

图4示出了YbFe₂O₄电阻依次在真空、氩气和氧气中的变化曲线；