[发明专利]具有中空管状结构的Pb掺杂SmFeO3

说明书

本发明公开了具有中空管状结构的Pb掺杂SmFeO₃气敏材料及其应用。Pb掺杂SmFeO₃气敏材料为具有空心管状结构的纳米粉末，Pb的掺杂量为2wt％。其制备方法为：将Fe(NO₃)₃、Sm₂O₃、PdCl₂、DMF、PVP、无水乙醇和硝酸加入去离子水中得到混合液，将混合溶液加热并搅拌至透明，得到前驱体溶液；将前驱体溶液进行静电纺丝，得到的纳米纤维，将纳米纤维进行烧结得到Pb掺杂SmFeO₃气敏材料。本发明用静电纺丝法制备了Pd掺杂SmFeO₃气敏材料，具有较大的比表面积和高孔隙率，可以增加气体分子的吸附位点和渗流通道。Pd掺杂SmFeO₃的RH适应性、选择性和长期稳定性也大大提高了。

技术领域

本发明涉及半导体气体敏感材料技术领域，具体涉及具有中空管状结构的Pb掺杂SmFeO₃气敏材料及其应用。

背景技术

呼吸分析作为一种无创检测方法，因其无痛、家用等优点越来越受到重视。其中，利用丙酮气体检测糖尿病是现阶段最有可能实现的一种疾病检测方法。此前有报道称，健康人呼出气体中的丙酮浓度约为0.3-0.9ppm，而糖尿病患者呼出气体中的丙酮浓度约为0.9-1.8ppm，严重者甚至超过1.8ppm。丙酮浓度如此显著的差异使其成为预诊断糖尿病的生物标志物。

近年来，利用金属氧化物半导体(MOS)气体传感器进行气体检测的报道越来越多。MOSs尤其是ABO₃钙钛矿材料具有比表面积大、活性位点丰富的独特优势，可以增加扩散路径，增强气体分子的吸附，从而提高其传感能力。如SmFe_0.9Mg_0.1O₃的检测范围为353-300ppm，ZnFe₂O₄的检测范围为25-100ppm，NiFe₂O₄的检测范围为24.3-100ppm，PrFeO₃的检测范围为44.94-50ppm，CoFe₂O₄的检测范围为17.3-100ppm，Pd-NdFeO₃的检测范围为50-300ppm，Pt-Zn₂SnO₄的检测范围为500-680ppm，Ca-YbFeO₃的检测范围为1.42-3ppm，LaNi_0.5Ti_0.5O₃的检测范围为5-29ppm，LaFeO₃、Gd_0.9Ca_0.1FeO₃的检测范围为117.7-600ppm，La_0.68Pb_0.32FeO₃的检测范围为7-50ppm。作为一种典型的p型MOS，SmFeO₃以优异的性能广泛应用于气敏领域：NO₂的检测范围为0.2-10.2ppm，CO的检测范围为1.40-100ppm，臭氧的检测范围为1.1-8ppm，甲醇的检测范围为18.19-100ppm。然而，基于SmFeO₃的传感器需要在较高的工作温度下工作，增加了能耗和安全隐患，当气体浓度为ppb时，响应较低，无法满足利用呼出的呼吸预诊断糖尿病的要求。所以需要一种在工作温度低、检测灵敏度高，能在PPb浓度下对丙酮响应的。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供具有中空管状结构的Pb掺杂SmFeO₃气敏材料及其应用。本发明采用静电纺丝法制备了Pd掺杂SmFeO₃气敏材料，该材料为空心管状微结构，使其具有较大的比表面积和高孔隙率，可以增加气体分子的吸附位点和渗流通道。Pd掺杂SmFeO₃的RH适应性、选择性和长期稳定性也大大提高了。光照后，RH适应性、选择性和长期稳定性均进一步增加。