3.3.3SmFeO3的气敏性能研究 13

结论 17

致谢 18

参考文献 19

第一章绪论

1.1引言

自第三次工业开始至今，现代工业的迅猛发展，人们生活的变化也日新月异，经济发展极快的同时也对环境产生巨大负担，环境污染这个问题已经不容忽略，当下最常见的一种就是雾霾天气，在这样的天气中可能存在着大量有毒有害物质，火灾、爆炸隐患等各种潜在性问题也随之发生，对人们的身体健康与生命财产产生恶劣影响。所以在这样的一种大环境下，人们不得不提高对于环境污染的预防和治理的重视，对有毒有害气体的检测所用到的气体敏感材料的研究也越发深入。同时随着材料科学的发展，性能稳定的钙钛矿材料逐渐在气体敏感器的研究方面走进了人们的视野。它不仅在工作中表现出极度稳定的化学性质，而且能够在检测某种气体的存在方面表现出极高的灵敏度，这同时体现出了该材料良好的选择性。纳米材料基于尺寸小、比表面积大等优点，往往较于传统形式的材料具有更优异的性能，导致制备出的器件性能产生飞跃性的提高，并且进一步巩固了纳米级气敏材料在实际的生活生产中的地位。

现阶段，因为我国科技发展起步比发达国家较晚，所以，气体敏感器行业领域的历史也不过四十多年，技术研发和产品制备方面还处于落后阶段。自改革开放以来，国家大力地发展科技，众多传感器生产公司陆续占领市场，不但自主研发能力提升巨大，制造技术也处于世界前列，在气体敏感器的制备与性能研究方面取得了极大的突破，使该行业的中国制造在世界舞台占据一席之地。

图1-1列出了众多行业中气敏器件的应用，可见，在能源和重工业等领域，对可燃易爆和有毒有害气体的产生与泄漏方面，气体敏感器扮演着十分重要的角色。此外，在农业生产中，气敏传感器可以预防火灾或爆炸；在环保方面也作用巨大，如检测空气中的有机化学物质等。因此，提高气敏器件的精准度是传感器行业中一直以来的重要目标。

1.2钙钛矿的晶体结构

图1-1气敏器件的应用

当前，伴随材料科学的蓬勃发展，许多拥有特殊功能的材料被人们发现并利用，这些特殊功能例如压电、超导、磁电阻和催化等等，其中，具有钙钛矿结构的材料占总体比重较大，因此，当前材料科学领域中的很多学者都对钙钛矿结构材料进行过深入研究。

我们通常用ABO3来表达钙钛矿的结构通式，该材料晶体结构为立方晶系，是一种复合金属氧化物。如图1-2所示，在其理想的晶体结构中，A位一般为碱土或稀土离子，半径大于0.090nm，占据立方晶胞的体心，与12个氧离子配位，使结构趋于稳定，A与O形成最密堆积，B位一般为过渡金属离子，半径大于0.051nm，可将钙钛矿晶体视为由BO6氧八面体共顶点连接，构成稳定的三维网状结构。依照鲍林的配位多面体连接原则，相对于共棱、共面连接，共顶连接使中心阳离子之间的距离增大，也就是各个氧八面体之间的间距更大，那么将导致晶体缺陷增多，同时也产生足够的空间让尺寸偏大的离子进入，如果晶体结构远离物理几何学的要求匹配时，也能够保持晶体结构处于稳定状态[1]。理想钙钛矿结构中的离子半径匹配应满足下面的关系式：

RA+RO=√2(RB+RO)t （1-1）式中RA、RB、RO分别代表A、B、O的离子半径，t被称作容差因子（ToleranceFactor）。t=1时为理想的结构，此时A、B、O离子之间无间隙。只有当t趋近1或高温情况下，才会出现理想的钙钛矿结构。此外，在钙钛矿结构中，A与B所带的正电荷总数理应等同于氧所带的负电荷总数，以此维持体系呈电中性。