1。2。1 BiFeO3的结构

理想的钙钛矿ABO3型氧化物是简单立方晶系结构，如图1。1（a)所示，A离子半径较大，位于立方体的顶点，与周围12个O离子配位，B离子较小位于立方体的体心，与周围6个O离子配位，O离子位于面心，周围有4个A离子和2个B离子。但在实际中很多钙钛矿晶体往往会偏离理想结构，存在一定扭曲变形，从而导致畸变，降低对称性。BiFeO3是类钙钛矿结构，为扭曲的菱方钙钛矿结构，属于R3c空间群。BiFeO3晶体结构由立方结构沿着[111]方向拉伸而成，如图1。2（b）所示，相邻的6个O形成氧八面体，Bi离子相对该氧八面体方向发生位移，引起晶体结构畸变。

图1。1 (a) 钙钛矿结构 (b) BiFeO3晶体结构

1。2。2 BiFeO3的性能

BiFeO3同时具有多种优异性能，是多铁性研究的主要材料，同时也是光催化的良好材料之一，但该材料的气敏性能一直鲜有人报道。本研究发现BiFeO3具有极好的气敏性能，具有选择性好、响应时间快、恢复迅速、灵敏度高和检测下限极低等优点。对比现有气敏材料各项气敏参数，均与BiFeO3有较大差距。

BiFeO3纳米材料对环境中的一些有毒有害气体具有一定的敏感性，如乙醇、丙酮、甲醇、甲醛、乙二醇、苯、甲苯、二甲苯等。通过将BiFeO3纳米粉末涂覆到带有Ag-Pd叉指电极的Al2O3陶瓷片上，制成气敏器件，一定温度条件下与被测气体接触即可检测对该气体的灵敏度。其工作原理如下：多晶半导体中，相同晶体间取向结构不同的界面称为晶界。材料中的电子和空穴在运动中受到晶界处势垒对其阻碍作用，吸附在材料表面的气体种类不同势垒的高度也不相同，进而影响到电子与空穴的运动状态，最终引起材料电阻的变化。因此，检测不同气体浓度及种类的传感器可以用这种原理解释。论文网

1。2。3 BiFeO3的掺杂改性

    钙钛矿ABO3型氧化物，掺杂对其性质有很大的影响，分为对A位掺杂及B位掺杂，通过对A位或者B位进行取代改变其结构，以达到改变其性能的目的。适当掺杂一些金属元素，材料性能会得到大大提高，但掺杂比例过高或某些不适当元素的掺杂可能会降低材料性能。作为一种典型的钙钛矿结构BiFeO3，研究者对其掺杂进行了深入研究，期望能找到适合的元素掺杂迅速提高BiFeO3的性能。A位掺杂主要以稀土元素为主，目前对BiFeO3材料A位掺杂的主要稀土元素有La、Sm、Gd、Eu等，此外也有Ba、Ca、Sr等二价元素。B位掺杂主要以过渡金属元素为主，目前对BiFeO3材料B位掺杂的主要过度金属元素有Nb、Ti、Cr、Co等。选取的掺杂元素主要是因为该离子半径大小相近，使得A位掺杂元素很容易取代Bi离子，抑制Bi离子的挥发，改变气敏材料内部的电子空穴浓度和氧空位浓度。本论文采用溶胶凝胶方法制备BiFeO3纳米颗粒，并通过对Bi离子进行Sr元素掺杂，研究Sr掺杂对BiFeO3材料气敏性的影响。

1。3  本论文的选题意义及研究内容

钙钛矿氧化物BiFeO3因其多铁性和稳定的结构而被广泛研究，但对其气敏性的研究报道很少。随着气敏元器件逐渐向智能化、微型化和集成化方向发展，多功能气敏材料传感器件具有广泛的应用前景，因而提出铁酸铋基钙钛矿氧化物气敏性研究这一课题。实验采用溶胶凝胶法制备BiFeO3纳米颗粒，测试其气敏性能，发现该材料是目前半导体材料中响应时间最快、检测下限最低、选择性最好的一种新型气敏材料。本实验开展以上研究具有重要的科学意义，不仅拓展钙钛矿结构复合氧化物材料的其他性能-气敏性研究，而且实现钙钛矿氧化物气敏性能应用，甚至可能成为新兴气敏材料替代部分二元氧化物半导体气敏材料。