[发明专利]一种镧掺杂钴镍铁氧体气敏粉体及气敏元件的制备方法

说明书

技术领域

本发明属气敏材料及气敏元件的制备领域，特别是涉及一种镧掺杂钴镍铁氧体(Co_1-xNi_xLa_yFe_2-yO₄)气敏粉体及气敏元件的制备方法。

背景技术

挥发性有机化合物是一类对人类生产、生活有重要影响的空气污染物，许多建筑材料，人们日常使用的清洁剂、化妆品以及农业上使用的农药都会产生挥发性有机化合物，常见的有毒、有害挥发性有机化合物包括氨水、苯、甲苯以及甲醇等。随着人们对环保的日益重视，在大气污染监测、食品安全以及居住环境监测领域对有毒、有害气体的监测提出了更高的要求，这也使得气体传感器的研究和开发越来越受到重视，尤其是新型高选择性的气敏材料引起了科学界和工业界极大的兴趣。

目前得到广泛应用的气敏材料包括氧化铟、氧化锡、氧化镓和氧化锌等半导体氧化物，它们的优点是对常见的有毒、有害气体都具有较高的灵敏度，但是它们的缺点也是同样明显的：一是对特定有害气体的选择性差；二是化学稳定性差(气敏传感器一般要求在较高的温度下工作)。针对传统半导体气敏材料的这两个缺点，常用的解决办法包括掺杂、复合以及开发新型气敏材料。近年来，铁氧体作为一类新型的气敏材料受到较大的关注，主要原因是铁氧体气敏材料具有高选择性和较好的化学稳定性，很好的解决了传统半导体型气敏材料的缺点。但是铁氧体气敏材料的最大缺点是灵敏度较低，这限制了它的大规模应用，因此提高铁氧体气敏材料的灵敏度就成为这类新型气敏材料研究的热点。

铁氧体材料包括AB₂O₄尖晶石型和ABO₃钙钛矿型，其中ABO₃钙钛矿型铁氧体气敏材料得到了大量的研究，而AB₂O₄尖晶石型铁氧体材料研究的则较少。文献报道的尖晶石型铁氧体材料主要有NiFe₂O₄、CoFe₂O₄、ZnFe₂O₄以及Co_1-xNi_xFe₂O₄。Chu等人在Sensors andActuators B 120(2006)177-181上报到了利用溶剂热法合成了钴铁氧体的纳米晶并测试了它对乙醇蒸汽的敏感性能。Reddy等人在Materials Research Bulletin 39(2004)1491-1498上报到了通过溶剂热法合成了镍铁氧体并测试了其对液化石油气(LPG)的敏感性能。为了改善铁氧体气敏材料的灵敏度，离子掺杂是一种有效的方法，Ce，La，Nd等稀土元素被引入铁氧体的晶格中以增加其晶格缺陷。Rezlescu等人在Sensors and Actuators B 114(2006)427-432上报道了Co和Mn离子掺杂入镍铁氧体以后可以极大的提高其灵敏度。Gedam等人在Journal of Sol-Gel Science and Technology 50(2009)296-300上报道了少量的Ni离子引入钴铁氧体后对其灵敏度的改善有帮助。

研究表明：钴铁氧体以及钴镍铁氧体因其所具有的高选择性和较好的化学稳定性而成为一种很有希望的气敏材料，但是较低的灵敏度依然是限制其应用的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种镧掺杂钴镍铁氧体气敏粉体及气敏元件的制备方法，该制备方法简单，易于工业化生产；所制备的Co_1-xNi_xLa_yFe_2-yO₄气敏材料对氨气具有较高的选择性和灵敏度。

本发明的一种镧掺杂钴镍铁氧体(Co_1-xNi_xLayFe_2-yO₄)气敏粉体的制备方法，包括：

(1)在室温下，按物质的量之比1-x∶x∶y∶2-y将可溶性的钴盐、镍盐、镧盐和铁盐混合，然后分散到乙二醇中，待完全溶解后，溶液中Fe³⁺摩尔浓度范围为0.085～0.106mol/L，然后再加入无水乙酸钠，搅拌，使上述物质溶解，形成反应液；其中x的范围为0.2～0.8，y的范围为0.02～0.5；