雙鈣鈦礦LaBaCo2O5+δ薄膜的制備及其氧敏性質研究.pdf

1、隨著科技的突飛猛進的發(fā)展，各種氣體傳感器應運而生，已廣泛地用于檢測與監(jiān)控各種易燃易爆、有毒有害氣體的泄漏以及空氣污染的等。其中，氧敏傳感器對航空航天、食品、釀酒、新藥開發(fā)、汽車的空燃比調節(jié)以及尾氣處理等領域的氧環(huán)境的評估與檢測起到十分重要的作用。但是傳統(tǒng)的以ZrO2、TiO2等為基礎的氧傳感器，難以滿足現(xiàn)代高科技對傳感器具有高靈敏度，高選擇性，高穩(wěn)定性，體積小、功耗低、易與集成電路兼容等特點的要求。因此，研究以新材料為基礎的新型氧傳感器

2、對于現(xiàn)代高科技發(fā)展是很重要的。
　　(LaBa)Co2O5+δ(LBCO)材料是一種具有雙層鈣鈦礦結構的混合離子電子導體材料，在較寬的溫度范圍內對氧氣具有很高的氣體敏感性、選擇性和穩(wěn)定性，因此很有可能被應用于氧敏傳感器中。但是由于制備大面積高質量 LBCO薄膜成本太高從而限制了其應用。本論文采用一種經(jīng)濟的高分子輔助沉積法（PAD）在 Si襯底的制備出擇優(yōu)取向的LBCO薄膜，并對該薄膜的電輸運性質以及氧敏性質進行了研究。
　　

3、1.研究了高分子輔助沉積法 Si襯底上制備 LBCO薄膜的工藝，發(fā)現(xiàn)有在 Si襯底上原位生長的SiO2緩沖層的Si基片更有利于LBCO薄膜生長。并以此方法在Si襯底上成功的制備了性能良好的LBCO薄膜。
　　2.研究了LBCO薄膜的燒結工藝（不同的燒結溫度以及不同的燒結時間）對LBCO薄膜的微結構，表面形貌，電化學性質，電輸運性質以及氧敏性質的影響。1). XRD表明燒結溫度大于700℃時薄膜開始形成晶體，而燒結溫度大于1000℃

4、,有雜相生成。2).從表面形貌可看出，燒結時保溫時間越長，LBCO晶粒尺寸越均勻。3).電阻-溫度曲線關系（電輸運性質）研究表明只有燒結溫度為900℃，150 min的薄膜在測試整個溫度范圍下電輸運性質都滿足小極化子的跳躍機制。4). LBCO薄膜的氧敏性質研究表明燒結條件為900℃，150 min的樣品具有最佳的氧敏性質，其電阻變化率（Rhyd/Roxy）最大，響應時間最短。綜上所述，燒結溫度為900℃，燒結時間為150 min，是最

5、佳的燒結條件，而且LBCO材料被制成薄膜后，其物理性能也得到了較大的提高。
　　3.在LBCO薄膜材料的氧敏測試中，測試溫度為400℃時，當氣體從還原氣體氫氣（6％H2，94%N2）環(huán)境切換到純氧環(huán)境時，最佳燒結條件的樣品 A900的對應的響應時間為1.9秒。表明相對于其他傳統(tǒng)的氧敏材料如ZrO2,TiO2等，LBCO薄膜具有極好的氣敏特性。通過多次循環(huán)測試，樣品的氣敏曲線沒有明顯的變化，說明LBCO薄膜的氣敏特性具有較好的重復性

6、和穩(wěn)定性。
　　4.最后，本論文對LBCO薄膜的氧氣敏感機理進行了初步探討。LBCO薄膜的氧敏性能是通過空穴（或者說小極化子）的電導來反映薄膜的氧敏性能，即由于LBCO薄膜的雙層鈣鈦礦結構，在LaO層中存在大量氧空位，使氧離子運動的速度很快，氧空位隨氧分壓快速變化，對應的電子濃度也迅速變化，使主要載流子空穴（小極化子）濃度迅速變化而引起材料電阻率隨氧分壓變化而變化。
　　總之，通過PAD方法在Si上制備了具有對較高氧敏性能的