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BiFeO3-BaTiO3基高温无铅压电陶瓷的相结构调控及电学性能研究

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BiFeO3-BaTiO3基高温无铅压电陶瓷的相结构调控及电学性能研究

作者：卞留刚南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着环保意识的增强和应用环境对压电陶瓷性能要求的提高,开发高温无铅压电陶瓷是现代电子材料发展的迫切需求,也成为压电材料研究领域亟需解决的核心问题。目前,铁酸铋-钛酸钡（BiFeO-BaTiO）基二元固溶体作为重要的无铅压电材料候选... 详细信息

随着环保意识的增强和应用环境对压电陶瓷性能要求的提高,开发高温无铅压电陶瓷是现代电子材料发展的迫切需求,也成为压电材料研究领域亟需解决的核心问题。目前,铁酸铋-钛酸钡（BiFeO-BaTiO）基二元固溶体作为重要的无铅压电材料候选体系之一,由于具有高的居里温度和良好的压电性能而备受国内外研究学者的广泛关注。此外,该二元体系具有类似PZT体系两相共存的准同型相界（MPB）,为进一步调控其相结构和优化压电性能提供了更多可能,使得该体系成为极具研究潜力的高温无铅压电材料体系。因此,本文以微量Ga掺杂改性的（1-x）BiFeGaO-x BaTiO（简称BFO-x BT）基压电陶瓷作为研究对象,通过Sr、Ca等元素的掺杂改性,以及调节该体系四方相BT的含量,实现对陶瓷相结构的调控,以构建多相共存的准同型相界,进而实现对BFO-BT基压电陶瓷电学性能的优化。同时,本文研究了淬火工艺对陶瓷的结构及相关电学性能的影响。本文从化学掺杂调控陶瓷的本征相结构,以及优化制备工艺调控陶瓷的非本征电畴结构这两个方面探讨了BFO-BT基高温无铅压电陶瓷结构与电学性能之间的关系。主要研究内容和研究结果如下:（1）研究了BT含量变化对BFO-xBT陶瓷的结构和相关电学性能的影响。研究结果表明:BFO与BT形成了具有典型钙钛矿结构的二元固溶体,在x=0.29组分处构建了铁电菱方相与赝立方相（R-PC）两相共存的准同型相界,并获得了综合最佳的电学性能:T=465 ℃,P=43.0μC/cm,P=38.1μC/cm,d=115 p C/N,k=0.26。（2）在前期BFO-BT工作基础上,研究了SrTiO（ST）掺杂对BFO-0.30BT-x ST陶瓷的结构和相关电学性能的影响。研究结果表明:ST掺杂促进BFO-0.30BT-x ST陶瓷相结构从铁电相向弛豫相的转变。随着ST掺量的增加,陶瓷弛豫化程度增加,高场电致应变随之呈现先升后降的变化趋势。对比未掺杂的BFO-0.30BT陶瓷(T=456 ℃,P=42.4μC/cm,P=37.7μC/cm,d=107 p C/N,k=0.25),在ST掺量为x=0.02处,陶瓷获得较高的电致应变特性(S=0.17%,S=0.25%@60 k V/cm)。（3）同时,本工作采用不同条件的淬火工艺制备了BFO-0.31BT和BFO-0.33BT陶瓷,研究了淬火工艺对BFO-BT陶瓷的结构和相关电学性能的影响。研究结果表明:BFO-0.31BT淬火陶瓷的相结构从随炉冷却陶瓷的赝立方PC相转变为菱方R相,而BFO-0.33BT陶瓷在淬火前后的相结构没有明显变化,仍保持随炉冷却的赝立方PC相。淬火工艺提高陶瓷致密性的同时,也有效增加了陶瓷的晶粒尺寸。空淬陶瓷在介电测试过程中表现出显著的热滞后效应。与炉冷陶瓷相比,淬火工艺能够有效地改善陶瓷的铁电和压电性能,其中经900 ℃水淬（900WQ）处理的BFO-0.31BT陶瓷获得综合最佳的电学性能:T=460 ℃,P=47.1μC/cm,P=40.8μC/cm,d=146 p C/N;同时,BFO-0.33BT陶瓷在950 ℃水淬（950WQ）条件下获得综合最佳的电学性能:T=425 ℃,P=55.0μC/cm,P=47.4μC/cm,d=127 p C/N。这表明淬火工艺是改善BFO-BT基压电陶瓷电性能的有效途径。（4）研究了Ca掺杂BT(BaCaTiO,BCT)含量变化对BFO-x BCT陶瓷的结构和相关电学性能的影响。研究结果表明:BCT与BFO形成了纯钙钛矿结构的二元固溶体,随着BCT含量x的增加,陶瓷的相结构发生了从铁电菱方R相到赝立方PC相的转变,在x=0.29组分处形成了准同型相界,并在该组分处获得综合最佳的电学性能:T=429 ℃,P=43.1μC/cm,P=38.4μC/cm,d=132 p C/N,k=0.36。此外,变温应变测试结果表明,BFO-0.29BCT陶瓷在60 ℃时获得优异的电致应变:S=0.27%,S=0.66%,S=0.57%。该结果表明BFO-0.29BCT压电陶瓷具有很大的高温致动器应用潜力。

关键词：高温无铅压电陶瓷 BiFeO3-BaTiO3 相结构调控元素掺杂淬火工艺

BiFeO3基陶瓷的结构调控和电学行为及第一性原理计算

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BiFeO3基陶瓷的结构调控和电学行为及第一性原理计算

作者：田晶鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

BiFeO是目前唯一的室温单相多铁性材料,其同时具有室温铁电性(Tc=1098K)和反铁磁性(TN=643K),在多铁性材料研究领域中占有重要地位。其较高的铁电居里温度、较大的自发极化(～100μC/cm2)和室温下可以观察到的磁电耦合现象都受到广泛的... 详细信息

BiFeO是目前唯一的室温单相多铁性材料,其同时具有室温铁电性(Tc=1098K)和反铁磁性(TN=643K),在多铁性材料研究领域中占有重要地位。其较高的铁电居里温度、较大的自发极化(～100μC/cm2)和室温下可以观察到的磁电耦合现象都受到广泛的研究。但同时现阶段BiFeO陶瓷的研究和应用还存在一些问题:陶瓷高温热力学不稳定,易生成杂质相导致相纯度较低;陶瓷难以烧结导致致密度较低;Fe易变价导致漏电流大,难以得到饱和的磁电性能;R3c对称性限制陶瓷电畴的翻转。针对上述BiFeO陶瓷存在的主要问题,本文设计了A位稀土元素(Nd)掺杂,B位过渡元素(Mo/Zr/Ti)掺杂的BiFeO基陶瓷,通过构建准同型相界结构(MPB),采用固相反应法的制备工艺,得到了高纯高致密的BiFeO基陶瓷;研究了其结构演变的规律和相关的磁电性能。同时对BiFeO陶瓷进行第一性原理计算,利用理论数据分析解释相关性能。首先,合成得到了不同Ti掺杂量的BiNdFeTiyO陶瓷,研究了Ti含量对物相结构和磁电性能的影响规律。XRD和TEM分析显示其在同一晶粒内部同时存在极性R3c相、反极性Pnam相和非极性Pnma相,为典型的MPB结构。Ti掺杂可以减小体系的平均晶粒尺寸,3%～7%的Ti掺杂体系的晶粒尺寸明显减小。铁电性能最优异组分为Ti含量y=0.01,在180k V/cm场强下剩余极化Pr为35.0μC/cm2。其次研究了B位离子种类对BiNdFeBO(B=Mo/Zr/Ti)陶瓷结构演变和磁电性能的影响规律。XRD精修结果表明三个体系均为R3c、Pbam和Pnma三相共存的MPB结构;对于Pbam中间相含量来说,Mo掺杂体系为0.16%,Zr为13.78%,而Ti为25.95%。Ti掺杂体系陶瓷的铁电性能最优,Zr体系次之,而Mo掺杂电滞回线矩形度最低;漏电流分析结果表明在BiFeO基陶瓷中漏电流的大小并不是影响铁电性能的关键因素。Zr掺杂体系其介电常数存在明显的频率色散关系,同时其交流电导率最大,XPS谱线中氧空位和缺陷含量较高,这都说明Zr掺杂体系中缺陷和氧空位的含量较高。同时还合成了不同Nd含量的Bi1-xNdx Fe0.99Zr0.01O3陶瓷。其物相结构的演变规律为:随着Nd含量的增加,体系由R3c相逐渐过渡到Pbam中间相,最终演变为Pnma正交相。铁电和压电性能均随Nd含量的增加先增大而后减小,在x=0.125组分下性能最优异,150k V/cm场强下剩余极化Pr为27.7μC/cm2;压电系数为d33为44.5p C/N。体系的电导机制可以认为是重叠的大极化子隧道(OLPT)电导,x=0.125组分电导率最大;直流电导率σdc与温度T之间符合阿伦尼乌斯定律。BiFeO陶瓷第一性原理计算优化后的晶胞参数a=b=c=5.644?,α=β=γ=59.333°。键合分析表明BiFeO晶胞中三个较短(1.963?)的Fe-O键为共价键,三个较长(2.156?)的Fe-O键为离子键;所有的Bi-O键均为离子键,O-O键均为反键。能带结构表明其为直接带隙半导体,禁带宽度为1.195e V。态密度的结果表明费米面附近的电子是由O-2p轨道、Bi-6s轨道和Fe-3d轨道贡献的。同时Born有效电荷计算结果表明BiFeO晶胞中共价键成分占比较大;用Born有效电荷和离子极化位移,可以近似估算得到菱方相BiFeO的本征极化约为96.76μC/cm2。

关键词： BiFeO3 准同型相界相结构调控多铁性能第一性原理计算

Bi0.5Na0.5TiO3基无铅铁电陶瓷电致应变性能研究

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Bi0.5Na0.5TiO3基无铅铁电陶瓷电致应变性能研究

作者：聂煌辉西南大学

学位级别：硕士

锆钛酸铅(PZT)等铅基压电陶瓷因优良的压电及驱动特性而广泛应用于医疗、电子、汽车、通信、机械、航天、军工等领域,且目前占据了市场主导地位。然而,铅基压电陶瓷在生产制造及使用过程会引起环境污染和造成健康危害,因此开发可替代铅... 详细信息

锆钛酸铅(PZT)等铅基压电陶瓷因优良的压电及驱动特性而广泛应用于医疗、电子、汽车、通信、机械、航天、军工等领域,且目前占据了市场主导地位。然而,铅基压电陶瓷在生产制造及使用过程会引起环境污染和造成健康危害,因此开发可替代铅基的环保型压电陶瓷已成为当下研究的重点与热点。钛酸铋钠(BiNaTi O,BNT)因压电性能优越、居里温度高、化学性质稳定、铁电性强等突出优势被认为是替代铅基的潜在材料。本文因此选择BNT无铅压电陶瓷作为研究对象并开展应变特性研究,通过将钛酸钡(Ba Ti O,BT)固溶进BNT陶瓷中进行性能优化,当BT摩尔含量为6%时,陶瓷相结构由三方相转变为三方相与四方相共存。此外,BT的引入能够有效降低铁电-弛豫相转变温度,BNBT陶瓷在110℃温度下获得0.396%的大应变。在此基础之上采用A/B位共同掺杂策略来提升BNT基陶瓷的应变性能,以期获得应变性能优良的新型无铅压电陶瓷。研究表明Na Ta O(NT)的引入将诱导BNBT的相结构由三方四方相共存转变为伪立方相,可有效调控铁电-弛豫相转变温度,破坏宏观铁电畴,促进极性纳米微区的生成,增强局部结构的无序程度,降低极化响应。BNBT-3NT在65 k V/cm下获得了0.394%的大应变,其逆压电系数高达606 pm/V。将Li Ta O(LT)固溶至BNBT陶瓷基体中将诱导遍历弛豫相产生并破坏材料的铁电性,降低剩余极化、最大极化、矫顽场,最终BNBT-3LT在80 k V/cm下获得0.439%的应变值,逆压电系数为548 pm/V。将Sr Sn O(SS)引入至BNBT陶瓷基体中能够降低铁电-弛豫相转变温度并增强铁电-弛豫相扩散性能,降低最大介电常数并拓宽介温峰。BNBT-2SS陶瓷在80 k V/cm下的单极应变为0.445%,逆压电系数为556 pm/V。虽然Ca Sn O(CS)固溶进基体中不会影响BNBT陶瓷的纯钙钛矿结构,但会降低晶胞的各向异性。CS的引入能调控铁电-弛豫相转变温度至室温附近,增强陶瓷的弛豫特性,降低材料的铁电性。BNBT-3CS陶瓷在80 k V/cm下获得0.368%的正应变,逆压电系数为458pm/V。将Bi Al O(BA)引入BNBT基体后,Bi、Al分别替代钙钛矿结构中的A位、B位,提高离子混乱程度,破坏长程铁电有序,降低最大极化、剩余极化、矫顽场,增强材料弛豫特性,诱导铁电体转变为弛豫铁电体。最终在60 k V/cm下BNBT-2BA陶瓷获得了0.432%的大应变,逆压电系数高达724 pm/V。总而言之,本文以BNBT陶瓷为基体,采用A/B位共同掺杂改性策略对陶瓷基体进行性能优化,探究了结构与性能之间的关联,开发了系列应变性能良好的无铅铁电陶瓷,为新型无铅铁电陶瓷驱动器的发展提供了一定理论指导依据。

关键词：钛酸铋钠电致应变 A/B位共同掺杂改性相结构调控

(BaxSr1-x)(Hf1-xTix)O3无铅铁电陶瓷电卡效应研究

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(BaxSr1-x)(Hf1-xTix)O3无铅铁电陶瓷电卡效应研究

作者：王颖西南大学

学位级别：硕士

传统的蒸汽压缩制冷技术不仅能量转换效率较低,而且广泛使用的制冷剂发生泄漏还会破坏环境、加剧全球变暖;逐渐趋于小型化、集成化、低能耗的电子芯片也对制冷器提出了更高要求。现如今新型的制冷技术如热电制冷、卡效应(包括磁卡、弹... 详细信息

传统的蒸汽压缩制冷技术不仅能量转换效率较低,而且广泛使用的制冷剂发生泄漏还会破坏环境、加剧全球变暖;逐渐趋于小型化、集成化、低能耗的电子芯片也对制冷器提出了更高要求。现如今新型的制冷技术如热电制冷、卡效应(包括磁卡、弹卡、压卡和电卡效应)制冷等吸引了大量研究者的兴趣。电卡制冷通过电场改变极性材料的偶极子极化状态,使材料产生等温熵变(ΔS)或绝热温变(ΔT)来制冷,因效率高、成本低、响应速度快、稳定可靠、靠电能驱动的优点受到广泛的关注。现目前大多数电卡制冷材料工作温区较窄,且工作温度偏离或高于室温,限制了电卡制冷材料的应用。BaTiO(缩写为BT)作为广泛研究的一种无铅铁电陶瓷,也经常作为电卡效应的研究材料,具有对环境友好、高介电常数、良好的热释电性能、优秀的介电可协调性、易于通过掺杂改性调节电学及温度性能的优点。本论文对BT陶瓷进行离子掺杂改性,通过相结构调控在室温附近构建多相共存临界点,并将典型铁电体转变为弛豫铁电体陶瓷,从而降低电卡工作温度和拓宽工作温区,通过间接法的热力学计算公式计算了陶瓷的ΔS和ΔT,以探究具有优异综合电卡性能的材料。本文首先通过Sr和Hf离子对纯BT进行A、B位共掺杂制备了BSHT陶瓷,调控Sr和Hf的含量使BT的三个相变峰逐渐合并,且向低温方向移动。在室温附近获得了极化旋转能垒小的多相共存临界点,并建立了BSHT陶瓷相图,系统研究了离子掺杂含量对于陶瓷的晶相结构、表面形貌、介电、铁电和电卡性能的影响。最终,在BSHT10陶瓷中构建了四相(R-O-T-C相)共存临界点,因临界点处各相之间能量势垒较低,极化随电场翻转概率更高,因此在BSHT10陶瓷中获得了最大介电常数(ε=41499)和优异的综合电卡性能。在50 k V/cm电场下的最大ΔT在87℃时为1.2 K,电卡强度ΔT/ΔE=0.024 K·cm/k V,电卡性能是纯BT陶瓷的2倍。同时,Sr和Hf掺杂增大了钙钛矿结构的离子混乱度,破坏了BT的长程铁电有序,随掺杂含量的增加,BT由典型的铁电体转变成了弛豫铁电体陶瓷,弛豫系数逐渐增大,电卡工作温区逐渐拓宽。其次,将Zr离子以摩尔百分比掺入BSHT10陶瓷,来提高BT基陶瓷的电卡强度,并对陶瓷的晶相结构和表面形貌进行表征,系统研究了Zr离子含量对BSHT-x Zr陶瓷的介电、铁电和电卡性能的影响。结果表明Zr掺杂BSHT陶瓷能宽化相变峰,构建弛豫铁电体陶瓷并向低温移动介电峰,适量的Zr能有效提高BSHT陶瓷的介电常数,提高BT基陶瓷的电卡强度。在0.5Zr和1.5Zr陶瓷中最大介电常数分别为49113和44027。在50 k V/cm电场下,2.5Zr的陶瓷中在82℃时有最大的ΔS(1 J/kg·K)和ΔT(0.9 K),电卡强度ΔT/ΔE=0.018 K·cm/k V。最后,将Sn离子以相同摩尔百分比掺杂BSHT10陶瓷,来向低温方向移动介电峰,系统研究了Sn离子含量对BSHT-x Sn陶瓷晶相结构、表面形貌、介电、铁电以及电卡性能的影响。结果表明Sn离子掺杂能显著地使介电峰往低温方向移动,随Sn含量增加,陶瓷的相变温度从50℃降低到20℃。少量的Sn能提高BSHT陶瓷的介电常数,0.5Sn陶瓷具有最高的介电常数ε=47651。0.5Sn陶瓷在50 k V/cm电场下具有最优的综合电卡性能,在81℃时最大ΔS和ΔT分别为0.98J/kg·K和0.86 K。Sn掺杂BSHT陶瓷能显著降低相变温度,但拓宽相变峰形成弛豫铁电体的代价是电卡效应的减小。总之,本论文研究讨论了离子掺杂对BaTiO基铁电陶瓷相结构、微观形貌、介电、铁电及电卡性能的影响,对发展无铅电卡制冷陶瓷具有一定的理论价值。

关键词：钛酸钡基相结构调控电卡效应间接热力学计算法

TiO2基纳米复合光催化材料的制备及性能研究

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TiO2基纳米复合光催化材料的制备及性能研究

作者：刘心悦北京化工大学

学位级别：硕士

Ti02是一种两亲性物质,由于其具有无毒、化学稳定、抗光腐蚀等优点,成为最常用的半导体光催化剂,优异的光氧化能力使其对含有有机小分子废水具有较优的降解性能,但Ti02属于宽带隙半导体,可见光利用率较低,电子-空穴的快速复合也限制了... 详细信息

Ti02是一种两亲性物质,由于其具有无毒、化学稳定、抗光腐蚀等优点,成为最常用的半导体光催化剂,优异的光氧化能力使其对含有有机小分子废水具有较优的降解性能,但Ti02属于宽带隙半导体,可见光利用率较低,电子-空穴的快速复合也限制了催化性能的提高,针对以上问题,本研究通过对TiO2进行CdS耦合与Cu元素改性,拓宽了催化剂光响应范围,有效改善了Ti02的催化活性与稳定性。本论文以Ti02纳米材料为研究对象,以罗丹明B(RhB)的光降解作为催化性能的特征反应,首先通过溶胶-凝胶法制备了不同相组成的Ti02纳米颗粒,系统研究了酯、醇、水体积、pH值及煅烧温度对相组成的影响,RhB光降解研究表明在相同比表面积情况下,锐钛矿含量为81.3%的Ti02纳米颗粒的光催化性能最优。同时分别利用水热、碱热法制备了不同形貌的Ti02纳米材料,对其物化性能与光催化性能进行对比,Ti02纳米片由于具有较大的比表面积与高占比活性(001)晶面,光催化性能最优。其次,为了拓宽Ti02的光响应范围,本研究选取CdS与片状结构的Ti02前驱体耦合,制备了TiO2/CdS复合催化剂,CdS的负载促进界面电子转移,同时在约550nm处具有较强光吸收,光响应范围拓展,当Ti/Cd为最佳摩尔比3时,TiO2/CdS在120min内对RhB脱色率高达100%,远高于Ti02纳米片(68%)与商业P25(45%)的催化性能。最后,将CdS与Cu元素掺杂的Ti02纳米片耦合,制备了Cu-TiO2/CdS复合催化剂。当Cu的加入量为0.5%(mol)、Ti/Cd摩尔比为5时,Cu-TiO2/CdS复合催化剂的活性最优,其对RhB光降解稳定性增强,三次循环的脱色率分别为97%、62%、36%,而TiO2/CdS(Ti/Cd=3)二次循环的脱色率已减少到约30%。

关键词：二氧化钛相结构调控形貌控制 CdS耦合 Cu元素改性

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固体电解质界面及相结构的核磁共振研究

固体电解质界面及相结构的核磁共振研究

作者：吴金泽华东师范大学

学位级别：硕士

本文开发了一种基于固体H宽线研究半晶高分子的相结构的方法,同时设计合成了两种聚合物复合材料,利用固体核磁共振结合其他表征技术,对材料的相结构和界面性质进行研究。1、以半晶聚乙烯的H宽线谱为例,探讨了通过Gaussian/Sinc,Gaussian... 详细信息

本文开发了一种基于固体H宽线研究半晶高分子的相结构的方法,同时设计合成了两种聚合物复合材料,利用固体核磁共振结合其他表征技术,对材料的相结构和界面性质进行研究。1、以半晶聚乙烯的H宽线谱为例,探讨了通过Gaussian/Sinc,Gaussian和Lorentzian函数组合对H宽线进行拟合的方案,并对拟合得到的各信号成分根据半晶聚乙烯的相结构成分进行归属。在此基础上探讨了各个相结构中分子链运动与信号线型的相关性,以及利用H宽线测量半晶高分子结晶度的可行性。2、调控锂盐含量,合成了一系列不同配比的聚合物-锂盐复合物,以热处理的方法调控了材料的相结构。通过DSC和XRD等实验方法表征了材料退火前后的相结构变化;静态H谱研究了材料退火前后结晶度变化。EIS实验获得了材料热处理前后的电导率变化。3、利用SEM、XRD手段,发现了聚合物-锂盐-陶瓷复合物中聚合物以非晶相形式存在;通过静态H和Li实验,研究了材料中分子的运动性差异和对温度的依赖性,H-Li CP MAS实验观察到了聚合物-陶瓷界面上的Li信号,利用H-Li WISE实验进一步探讨了界面上的聚合物运动性及其对温度的依赖性。

关键词：聚合物固体核磁共振1H宽线固体电解质界面相结构调控

氧化亚钴纳米材料的微结构设计及其气敏性能研究

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氧化亚钴纳米材料的微结构设计及其气敏性能研究

作者：蔺艳莉天津大学

学位级别：硕士

过渡金属氧化物作为常见的半导体气敏传感器材料,以其高灵敏度、快速响应、低能耗与成本、操作简单等优点,得到了广泛的工业应用和学术研究。本课题选择了CoO作为气敏材料的研究体系,利用溶剂热法和水热法等简单的制备工艺,通过控制溶... 详细信息

过渡金属氧化物作为常见的半导体气敏传感器材料,以其高灵敏度、快速响应、低能耗与成本、操作简单等优点,得到了广泛的工业应用和学术研究。本课题选择了CoO作为气敏材料的研究体系,利用溶剂热法和水热法等简单的制备工艺,通过控制溶剂种类、水热时间、温度以及热处理制度,合成出了具有不同形貌、不同相结构的CoO,采用离子掺杂对CoO进行热稳定性和气敏性能的优化,进而研究了材料微观形貌、物相结构以及离子掺杂对气敏性能的影响。在调控不同形貌CoO纳米材料的合成过程中,通过改变钴源、结构导向剂水热温度与时间等条件,分别制备了零维、一维和二维等不同维度的纳米CoO。在不同相结构CoO纳米材料的制备过程中,选择CoO纳米棒进行物相结构的调控,通过改变热处理温度和保温时间,成功合成出了立方相、立方四方混合相和四方相的纳米CoO。不同形貌的CoO纳米材料对乙醇气体敏感性能存在较大的差异。对于零维CoO纳米材料,晶粒尺寸较小、孔隙率较大的纳米颗粒样品对乙醇的响应量更大;对于不同维度的纳米片与纳米颗粒的气敏性能存在较大差距,这归结为纳米颗粒样品比表面积大于纳米片,比表面积越大,纳米CoO材料的敏感性能越强。因此,晶粒尺寸、孔隙结构和比表面积等微观形貌的改善对提高CoO的气体敏感响应量有重要作用。CoO纳米材料物相结构的不同对其气敏性能也有着重要的影响。四方相CoO的工作温度为110°C,低于立方相和混合相的130°C;在对各种气体的响应灵敏度上,四方相CoO有着明显的优势,尤其是对100ppm乙醇的响应量到达30左右,而另外两者分别为19.56(立方四方混合相)和11.14(立方相)。四方相CoO之所以能够引起对各种气体响应量的提升,是由于其对称性相对较低、体系较为活跃,导致其与极性气体分子之间的吸附作用力增强,在材料表面发生敏化反应的程度更为彻底,进而表现出对气体更具优势的敏感响应。过渡金属Fe的掺杂对CoO纳米棒在物相组成、微观形貌、热稳定性和气敏性能方面均存在一定的影响。Fe掺杂后,CoO纳米棒的四方相成分逐渐转变为立方相;纳米棒的自组装效应更为明显,直径相较于掺杂前减小了50%左右,比表面积得到提高;掺杂后的CoO纳米棒分级结构表面的氧缺位增多;Fe的掺杂还提高了CoO的氧化相转变温度;基于上述比表面积的提高和表面氧缺陷的增多,使得其气敏性能得到了大幅度的提升和优化。

关键词： CoO 水热法形貌控制相结构调控离子掺杂气敏性能