氧化镨纳米材料的制备及其对环己酮的气敏性能_王宝霞.pdf

第6 0卷 第4期微纳电子技术V o l.6 0 N o.42 0 2 3年4月M i c r o n a n o e l e c t r o n i c T e c h n o l o g yA p r i l 2 0 2 3加工、测量与设备D O I:1 0.1 3 2 5 0/j.c n k i.w n d z.2 0 2 3.0 4.0 1 5收稿日期:2 0 2 2-1 1-2 8基金项目:国家青年基金资助项目(6 1 9 0 4 1 2 2);山西省回国留学人员科研资助项目(2 0 2 2-0 7 1)通信作者:孙永娇氧化镨纳米材料的制备及其对环己酮的气敏性能王宝霞,王世贞,侯煜晨,孙永娇(太原理工大学 信息与计算机学院 纳米能源与器件实验室,太原 0 3 0 6 0 0)摘要:采用水热法制备了氧化镨(P r6O1 1)纳米材料,通过场发射扫描电子显微镜(F E S EM)、X射线能量色散谱仪(E D S)和X射线衍射仪(X R D)对所制备微结构的形貌、化学组分和晶体结构进行了表征。分析结果表明,制备的P r6O1 1颗粒多为边长(2 8 04 2.9)n m的正四面体纯相纳米结构。制备了基于P r6O1 1纳米材料的气体传感器,并测试了其对环己酮的气敏性能。测试结果表明,在最佳工作温度(约2 4 0)下,P r6O1 1气体传感器对体积分数为51 0-5的环己酮的响应度可达1 0.5,响应和恢复时间分别为3 5和7 4 s。同时,随着检测环境相对湿度的增加,P r6O1 1气体传感器的响应度有所下降,但仍然具备良好的环己酮检测能力,证明其在复杂环境中低浓度环己酮检测领域具有巨大的潜力。关键词:纳米材料;水热法;P r6O1 1;气体传感器;环己酮中图分类号:T B 3 8 3;T P 2 1 2 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 1-4 7 7 6(2 0 2 3)0 4-0 6 0 2-0 7P r e p a r a t i o n a n d G a s S e n s i n g P r o p e r t i e s t o C y c l o h e x a n o n e o f P r6O1 1 N a n o m a t e r i a lW a n g B a o x i a,W a n g S h i z h e n,H o u Y u c h e n,S u n Y o n g j i a o(L a b o r a t o r y o f N a n o E n e r g y a n d D e v i c e s,C o l l e g e o f I n f o r m a t i o n a n d C o mp u t e r,T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,T a i y u a n 0 3 0 6 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:P r a s e o d y m i u m o x i d e(P r6O1 1)n a n o m a t e r i a l w a s p r e p a r e d b y a h y d r o t h e r m a l m e t h o d.T h e m o r p h o l o g y,c h e m i c a l c o m p o s i t i o n s a n d c r y s t a l l i n e s t r u c t u r e w e r e c h a r a c t e r i z e d b y t h e f i e l d e m i s s i o n s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e(F E S EM),X-r a y e n e r g y d i s p e r s i v e s p e c t r o s c o p e(E D S)a n d X-r a y d i f f r a c t o m e t e r(X R D).T h e a n a l y s i s r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e a s-p r e p a r e d P r6O1 1 n a n o p a r t i c l e s a r e m o s t l y r e g u l a r t e t r a h e d r a l p u r e p h a s e n a n o s t r u c t u r e s w i t h s i d e l e n g t h o f(2 8 04 2.9)n m.T h e g a s s e n s o r b a s e d o n P r6O1 1 n a n o s t r u c t u r e w a s f a b r i c a t e d,a n d t h e g a s s e n s i n g p r o p e r t i e s t o c y c l o h e x a n o n e w e r e s t u d i e d.T h e m e a s u r e m e n t r e s u l t s s h o w t h a t t h e r e s p o n s e c a n r e a c h 1 0.5 t o c y c l o h e x a n o n e w i t h a v o l u m e f r a c t i o n o f 51 0-5 a t i t s o p t i m u m o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e(a b o u t 2 4 0),a n d i t s r e s p o n s e t i m e a n d r e c o v e r y t i m e a r e 3 5 a n d 7 4 s,r e s p e c t i v e l y.M e a n w h i l e,t h e r e s p o n s e d e c r e a s e s w i t h t h e r i s e o f r e l a t i v e h u m i d i t y i n t h e t e s t a t m o s p h e r e.H o w e v e r,i t s t i l l s h o w s a g o o d d e t e c t i o n a b i l i t y f o r c y c l o h e x a n o n e.T h e s e r e s u l t s s u g g e s t t h a t t h e P r6O1 1 g a s s e n s o r h a s g r e a t p o t e n t i a l f o r l o w c o n c e n t r a t i o n s o f c y c l o h e x a n o n e 206王宝霞等:氧化镨纳米材料的制备及其对环己酮的气敏性能d e t e c t i o n i n c o m p l i c a t e d e n v i r o n m e n t s.K e y w o r d s:n a n o m a t e r i a l;h y d r o t h e r m a l m e t h o d;P r6O1 1;g a s s e n s o r;c y c l o h e x a n o n eP A C C:6 1 4 6;8 2 8 0 T0 引 言稀土纳米氧化物由于具有优异的光学、电学和催化特性,引起了研究者的广泛关注。例如二氧化铈(C e O2)作为一种稀土氧化物,被广泛应用于 催 化 剂、光 学 和 气 体 传 感 器 等 领 域1。P.P.L i等人1成功制备了C e O2纳米颗粒,并用于室温下氨气的检测,结果显示C e O2纳米颗粒气体传感器展现出优异的室温氨气传感性能。与C e O2性质类似的氧化镨(P r6O1 1)作为一种稀土氧化物,具有高电导率,同时存在P r3+和P r4+两种价态,两种价态之间有可能通过得失电子进行相互转换,这对于功能材料是十分重要的性质2。P r6O1 1在高温颜料的生产和陶器制造,以及催化剂、促进剂和稳定剂的燃烧催化领域得到广泛的研究和应用2-6。P r6O1 1在气敏传感领域中常作为修饰成分用于提高金属氧化物气体传感器的检测性能。例 如,钟 仕 科 等 人7、王 莹8、C.Y.W a n g等人9以 及R.S.J i n g等 人1 0研 究 了P r6O1 1/S n O2、P r6O1 1/Z n O复 合 材 料 对 挥 发 性 有 机 物(VO C)的气敏性能,结果表明负载适量的P r6O1 1可以 提 高S n O2气 敏 元 件 灵 敏 度。J.S.K i m等人1 1发现P r掺杂的I n2O3,通过P r6O1 1的3价与4价之间的转换,促进再生吸附氧,清除羟基,改善了I n2O3气体传感器的抗湿性。然而,对纯相P r6O1 1纳米材料在气体传感器方面的应用研究鲜有报道,有很大的探索空间。环己酮(C6H1 0O)作为一种重要的有机化工原料和溶剂,被广泛应用于塑料、印刷和录像带制造等工业生产1 2-1 3。环己酮有强刺激性气味,吸入环己酮气体会使人体感到不适,出现头晕、胸闷、全身无力等症状,甚至休克、呼吸衰竭1 2。通常,当环己酮气体的体积分数达到4.5 6 1 0-5时,人体可以感觉到气味;当体积分数达到6.8 41 0-5时,对人体皮肤和黏膜产生刺激;而超过7.5 01 0-5时,会出现急性中毒的症状1 2。因此,急需开发高效、灵敏的气体传感器用于环己酮的实时检测。本文采用水热法制备了正四面体P r6O1 1纳米材料,并通过场发射扫描电子显微镜(F E S EM)、X射线 能 量 色 散 谱 仪(E D S)和X射 线 衍 射 仪(X R D)对其形貌、组分以及晶体结构进行了表征。对基于P r6O1 1纳米材料制备的气体传感器在不同温度和不同湿度下进行了环己酮气敏测试。最后探讨了P r6O1 1气体传感器的敏感机理。1 实 验1.1 材料的制备与表征实 验 中 使 用 的 主 要 试 剂 包 括:硝 酸 镨(P r(NO3)36 H2O,分析纯)和聚乙烯吡咯烷酮(P V P,(C6H9NO)n,分析纯),购自阿拉丁试剂有限公司;尿素(C O(NH2)2,分析纯)和无水乙醇(C2H6O,分析纯),购自中国国药控股化学试剂有限公司。首先,将1 mm o l P r(NO3)36 H2O加入到4 m L去离子水和4 m L乙醇的混合溶液中搅拌均匀,形成溶液A;然后,依次将0.0 7 5 g P V P和0.7 8 0 g尿素溶解在1 0 m L去离子水和乙醇的混合溶液中(去离子水和乙醇的体积比为11),搅拌3 0 m i n 后形成溶液B;将溶液A和溶液B混合后继续搅拌均匀,倒入1 0 0 m L的反应釜中,1 4 0 下反应1 2 h。待反应结束后冷却到室温,用去离子水和乙醇分别离心洗涤3次,将沉淀物在8 0 下干燥后得到所需的P r6O1 1纳米材料。采用F E S EM(J S M-7 9 0 0 F,日本电子株式会社)对所制备材料的形貌进行观察;利用E D S(J S M-7 9 0 0 F,日本电子株式会社)对材料的组分进行了分析;通过X R D(Em p y r e a n,荷兰P AN a-l y t i c a l B.V.)对材料的晶体结构进行了表征。1.2 传感器制备与性能测试取适量的P r6O1 1样品与粘结剂放入研钵中,倒入微量无水乙醇,研磨得到糊状浆料。将浆料均匀涂覆在带有一对金电极的陶瓷管表面,自然干燥后置于马弗炉中,在空气气氛5 0 0 下退火2 h,去除306微 纳 电 子 技 术粘结剂。将一根镍-铬合金加热电阻丝穿过陶瓷管用于提供工作温度,并将陶瓷管上与两个金电极相连的四根铂丝导线及电阻丝焊接在传感器底座上。最后,将制备好的传感器放于老化台(A S-2 0,中国艾利特科技有限公司)上,在0.1 2 A电流下老化7 2 h。通过智能气敏分析系统(C G S-4 T P,中国艾利特科技有限公司)进行传感器的性能测试。采用静态气体测试系统对传感器进行测试,将传感器置于含有纯净空气或特定浓度气体的测试腔内,检测传感器的电阻变化。利用自然湿度(约为2 5%RH)和饱和盐溶液实现测试腔的湿度环境,测试腔温度约为2 5。本文中气体响应度(S)为目标气体环境中的传感器稳定电阻(Rg)与纯净空气中传感器稳定电阻(Ra)的比值(S=Rg/Ra),响应时间和恢复时间分别为传感器接触目标气体和纯净空气时响应度达到总响应变化的9 0%所用时间。2 结果与分析2.1 形貌结构表征及晶体结构分析图1(a)显示了制备的P r6O1 1纳米材料的F E S EM图。由图可知,制备的P r6O1 1纳米材料024683040506070802/（）Energy/keV1086420Count200280360440Particle size/nmIntensity（a.u.）Intensity（a.u.）PDF#42-1121（420）（331）（400）（222）（311）（220）（200）（111）（a）Pr6O11的FESEM图（c）Pr6O11的EDS图谱（d）Pr6O11的XRD图谱（b）Pr6O11的粒径分布图PrPrPrPrPrPrO图1 P r6O1 1纳米材料的F E S EM、粒径分布图、E D S图谱和X R D图谱F i g.1 F E S EM i m a g e,p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n i m a g e,E D S p a t-t e r n s a n d X R D p a t t e r n s o f P r6O1 1 n a n o m a t e r i a l中的颗粒呈现出了均匀的正四面体结构,纳米颗粒表面光滑。经过对5 0个纳米颗粒统计计算得到,其正四面体的边长多为2 8 03 2 0 n m,如图1(b)所示,统计的平均值为(2 8 04 2.9)n m。利用E D S测定了所制备P r6O1 1纳米材料的组成成分(图1(c),从图谱中可以看到,只出现了P r和O元素的峰,证明制备的样品为纯相P r6O1 1纳米材料,没有其他杂质。利用X射线衍射仪对制备的P r6O1 1纳米材料在衍射角(2)为2 5 8 0 范围内进行了扫描,进一步研究样品的晶体结构和成分,结果如图1(d)所示。结果表明,2为2 8.2 4、3 2.7 4、4 6.9 9、5 5.7 1、5 8.4 2、6 8.5 9、7 5.7 3 和7 8.0 8 处的衍射峰 分 别 与 面 心 立 方 体 结 构P r6O1 1的(1 1 1)、(2 0 0)、(2 2 0)、(3 1 1)、(2 2 2)、(4 0 0)、(3 3 1)和(4 2 0)晶面相对应,其晶格常数a=0.5 4 6 8 n m。该结果与P r6O1 1的标准粉 末衍射卡 片(P D F#4 2-1 1 2 1)非常吻合。从图中可以看到,衍射图谱中的峰较强且很尖锐,说明制备的P r6O1 1纳米材料的结晶度很高1 3。2.2 气敏性能测试对于金属氧化物半导体基气体传感器,工作温度是影响传感器气敏性能的重要因素。因此,确定传感器的最佳工作温度是研究气体传感器敏感性能的基础。图2显示了在1 6 03 0 0 范围内P r6O1 1气体传感器对体积分数为11 0-4的环己酮气体的30252015105002004006008001 000t/sS35 s74 s240 200 300 160 260 图2 P r6O1 1气体传感器在不同工作温度下对体积分数为11 0-4环己酮的响应/恢复曲线F i g.2 R e s p o n s e/r e c o v e r y c u r v e s o f t h e P r6O1 1 g a s s e n s o r t o C6H1 0O w i t h a v o l u m e f r a c t i o n o f 11 0-4 a t d i f f e r e n t o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e s406王宝霞等:氧化镨纳米材料的制备及其对环己酮的气敏性能动态响应/恢复曲线。当工作温度较低时,P r6O1 1纳米颗粒表面吸附氧的数量较少,表面吸附能以及表面活性较低,目标气体无法获得足够的活化能与P r6O1 1表面的少量吸附氧发生氧化还原 反应,响 应 度 比 较 低;随 着 工 作 温 度 的 升 高,P r6O1 1纳米颗粒表面吸附更多的氧离子,表面吸附能和表面活性增强,响应度随之升高;当工作温度超过一定阈值(2 4 0)时,P r6O1 1纳米颗粒表面的气体脱附作用逐渐超过吸附作用,目标气体分子还未与敏感材料发生反应就会脱离其表面,导致响应度下降1 4。P r6O1 1气体传感器的最佳工作温 度约为2 4 0,此 时 其 对 体 积 分 数 为11 0-4的环己酮气体的响应度可达2 2.0。此外,响应/恢复时间是评价传感器性能的另一个重要参数。不同工作温度下,P r6O1 1气体传感器对体积分数为11 0-4的环己酮气体的响应时间和恢复时间如表1所示。在最佳工作温度(约2 4 0)下,其响应和恢复时间分别为3 5和7 4 s,而随着工作温度的升高,响应和恢复时间逐渐变短,这与高温下P r6O1 1纳米颗粒表面的活性较高密不可分。整体来看,P r6O1 1气体传感器的响应时间均比恢复时间短,这可能是因为反应过后产生的副产物比较难脱附,并且重新吸附氧离子也需要一定时间1 5。表1 P r6O1 1气体传感器在不同工作温度下对体积分数为11 0-4环己酮的响应/恢复时间T a b l e 1 R e s p o n s e/r e c o v e r y t i m e o f t h e P r6O1 1 g a s s e n s o r t o C6H1 0O w i t h a v o l u m e f r a c t i o n o f 11 0-4 a t d i f f e r e n t o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e s工作温度/响应时间/s恢复时间/s1 6 06 71 3 42 0 04 51 0 72 4 03 57 42 6 02 73 33 0 01 32 3选择性是气体传感器在实际应用中非常重要的特性,因此,测试了P r6O1 1气体传感器在相同条件下对多种不同气体的响应,结果如图3所示。检测还原性气体时,传感器电阻值上升,响应度表示为S;而通入氧化性气体NO2后,电阻值下降,响应 度 表 示 为S-1(Ra/Rg),因 此 可 以 判 断P r6O1 1为p型半导体材料。P r6O1 1气体传感器在最佳工作温度(约2 4 0)下对体积分数为11 0-4的 甲 苯(C7H8)、甲 醇(CH4O)、正 丙 醛(C3H6O)、C6H1 0O、乙 醚(C4H1 0O)、丙 醇(C3H8O)、乙 醇(C2H6O)、甲 醛(CH2O)和NO2的响应度分别为2.2、2.0、2.2、2 2.0、3.6、2.4、2.3、1.8和1.0 7。显然,其对环己酮气体的响应度最高,约为对甲苯、甲醇、正丙醛、丙醇和乙醇气体响应度的1 0倍,约为对乙醚响应度的7倍,约为对甲醛响应度的1 2倍,约为对二氧化氮响应度的2 0倍。这主要是由于与环己酮相比,甲苯、甲醇、正丙醛、丙醇和乙醇气体分子量小,沸点低,传感器的工作温度远远超过其沸点,因此脱附作用加强,使气体分子在P r6O1 1晶粒表面难以产生有效的吸附作用,最终导致响应度较低7。该结果说明P r6O1 1气体传感器对环己酮气体具有明显的检测优势。2520151050NO2CH2OC2H6OC3H8OC4H10OC6H10OC3H6OCH4OC7H8S,S-1图3 P r6O1 1气体传感器在最佳工作温度下对体积分数为11 0-4不同气体选择性F i g.3 S e l e c t i v i t y o f P r6O1 1 g a s s e n s o r t o d i f f e r e n t g a s e s w i t h a v o l u m e f r a c t i o n o f 11 0-4 a t i t s o p t i m u m o p e r a t i n g t e m-p e r a t u r e图4为P r6O1 1气体传感器在最佳工作温度(约2 4 0)下对不同体积分数环己酮气体的动态响应/恢复曲线。随着环己酮气体体积分数的增加,传感器的响应度也随之增加。且P r6O1 1气体传感器在置于环己酮气体气氛中后迅速达到稳定状态,在脱离环己酮气体环境后可完全恢复到初始状态,表现出506微 纳 电 子 技 术良好的可逆性。此外,P r6O1 1气体传感器对体积分数为5 1 0-5环己酮气体的响应度达到了1 0.5,最低可以检测体积分数为51 0-7环己酮气体(响应度1.7 1 9),完全可以满足实际应用的需求。3025201510501 500 3 000 4 5006 000 7 500 9 000t/sS510-7110-6210-6510-6110-5210-5510-5110-4图4 P r6O1 1气体传感器在最佳工作温度下对不同体积分数环己酮的动态响应/恢复曲线F i g.4 D y n a m i c r e s p o n s e/r e c o v e r y c u r v e s o f P r6O1 1 g a s s e n s o r t o C6H1 0O w i t h d i f f e r e n t v o l u m e f r a c t i o n s a t i t s o p t i-m u m o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e由于气体传感器应用的环境中湿度常常处于变化之中,因此研究了P r6O1 1气体传感器在不同相对 湿 度 环 境 中 对 环 己 酮 气 体 的 响 应。图5为P r6O1 1气 体 传 感 器 在 相 对 湿 度 为3 3%、5 4%、7 5%和8 5%的环境下对不同体积分数环己酮气体的动态响应/恢复曲线。显然,无论在哪种湿度环境下,P r6O1 1气体传感器的响应度都能随着环己酮气 体 的 体 积 分 数 变 化 而 变 化,与 相 对 湿 度 为2 5%的环境下的变化趋势完全一致。为了进一步理解气体体积分数和湿度与响应度之间的关系,绘制了不同湿度下的环己酮气体体积分数-响应度折线图(图6(a)。从图中可以看出,响应度随着环己酮气体体积分数()的增加不断升高,但其增长幅度逐渐减小,且随着相对湿度的增加,响应度不断减小1 4。然而,P r6O1 1气体传感器即使在相对湿度为8 5%的环境下对体积分数为51 0-5的环己酮气体的响应度仍然可达4.0,满足对环己酮气体的检测需求。图6(b)为对数形式下的关系图,环己酮气体体积分数-响应度拟合曲线在各个相对湿度下均呈现较好的线性关系。基于对数形式下的线性关系计算出了P r6O1 1气体传感器在不同湿度下的检测下限(响应度1.2)1 6,分别为t/s（d）85%RH1086420S7001 4002 1002 8003 500510-7110-6110-5510-5110-4S7001 4002 1002 8003 500t/s510-7110-6110-5510-5110-41086420S7001 4002 1002 8003 500t/s510-7110-6110-5510-5110-41086420S7001 4002 1002 8003 500t/s510-7110-6110-5510-5110-424201612840（a）33%RH（b）54%RH（c）75%RH图5 P r6O1 1气体传感器在最佳工作温度、不同相对湿度下对不同体积分数环己酮的动态响应/恢复曲线F i g.5 D y n a m i c r e s p o n s e/r e c o v e r y c u r v e s o f P r6O1 1 g a s s e n s o r t o C6H1 0O w i t h d i f f e r e n t v o l u m e f r a c t i o n s u n d e r d i f f e r e n t r e l a t i v e h u m i d i t i e s a t i t s o p t i m u m o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e606王宝霞等:氧化镨纳米材料的制备及其对环己酮的气敏性能9.31 0-8、7.41 0-8、1.71 0-7、5.01 0-7和1.21 0-6。如此低的检测限说明该传感器在环己酮气体的实际检测中有很大的潜力。3025201510504.010-58.010-51.210-4S22%RH54%RH85%RH33%RH75%RH3210-1lg（S-1）-6.5-6.0-5.5-5.0-4.5-4.0lg 22%RH，R2=0.98033%RH，R2=0.96554%RH，R2=0.99475%RH，R2=0.99485%RH，R2=0.990y=0.50 x-0.31-72.74%（a）体积分数与响应度关系（b）线性拟合曲线图6 P r6O1 1气体传感器在最佳工作温度、不同相对湿度下环己酮的体积分数与响应度的关系和线性拟合曲线F i g.6 R e l a t i o n s h i p o f v o l u m e f r a c t i o n a n d r e s p o n s e a n d l i n e a r f i t-t i n g c u r v e s o f t h e P r6O1 1 s e n s o r t o C6H1 0O w i t h d i f f e r e n t v o l u m e f r a c t i o n s u n d e r d i f f e r e n t r e l a t i v e h u m i d i t i e s a t i t s o p-t i m u m o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e2.3 敏感机理分析与C e O2半导体气体传感器一样,空气中的氧分子会捕获敏感材料中的电子形成氧离子。对于还原性气体的检测需要其表面的氧离子与还原性气体分子发生氧化反应,释放电子至其导带,通过导带中电子 浓 度(电 阻)的 变 化 反 映 气 体 的 体 积 分数1 7-1 8。因此根据P r6O1 1与氧离子的相互作用,可以解释其传感机制。当p型P r6O1 1处于空气中时,氧分子被吸附在其表面并形成不同形式的氧离子1 9-2 0,如图7(a)所示,EC和EV分别为导带底和价带顶处能级。吸附氧的类型主要取决于工作温度:当工作温度低于1 4 7 时,吸附在敏感材料表面的氧以O-2的形式存在;工作温度处于1 4 73 9 7 时呈O-状态;高于3 9 7 时则为O2-2 1。根据此结论,最佳工作温度约为2 4 0 的P r6O1 1吸附氧存在形式为O-。具体反应过程如下O2(g a s)O2(a d s)(1)O2(a d s)+e-2 O-(2)EVECEVECCO2+H2OO-e-C6H10Oe-O-O2（a）在空气中（b）在环己酮气体中图7 P r6O1 1在空气和环己酮气体中的敏感机理示意图F i g.7 S c h e m a t i c i l l u s t r a t i o n s o f s e n s i n g m e c h a n i s m o f P r6O1 1 i n a i r a n d c y c l o h e x a n o n e g a s当P r6O1 1气体传感器暴露于环己酮气体中时,环己酮气体分子与O-发生氧化反应,生成C O2和H2O,同时反应产生的电子将被释放至P r6O1 1的导带中(图7(b),从而增加其电阻,其反应方程为C6H1 0O+1 6 O-6 C O2+5 H2O+1 6 e-(3)P r6O1 1晶粒之间的接触界面处存在势垒,p型半导体气敏材料在接触容易供给电子的气体时,接触界面的势垒高度上升,电阻增加2 2,从而可通过P r6O1 1气体传感器在不同气氛中的电阻变化反映环己酮气体的体积分数。3 结 论本文采用简单的水热法制备了P r6O1 1纳米材料,并利用F E S EM、E D S和X R D对其形貌、组分和晶体结构进行了表征,证明产物为正四面体形貌的面心立方体结构P r6O1 1。研究了基于P r6O1 1纳米材料的气体传感器对环己酮气体的检测性能。实验结果表明,P r6O1 1气体传感器在最佳工作温706微 纳 电 子 技 术度(约2 4 0)下对体积分数为51 0-5的环己酮响应度可以达到1 0.5,具有良好的响应/恢复特性。虽然随着环境湿度增加,该传感器的响应度有所下降,但在8 5%RH环境中仍然表现出优异的检测性能,在环己酮气体的检测方面具有良好的应用前景。参考文献:1 L I P P,WAN G B,Q I N C,e t a l.B a n d-g a p-t u n a b l e C e O2 n a n o p a r t i c l e s f o r r o o m-t e m p e r a t u r e NH3 g a s s e n s o r sJ.C e r a m i c s I n t e r n a t i o n a l,2 0 2 0,4 6(1 1):1 9 2 3 2-1 9 2 4 0.2 KAN G Z C,WY R I N G L.T h e p r e d i c t i o n o f t h e s t r u c t u r e o f m e m b e r s o f t h e h o m o l o g o u s s e r i e s o f t h e h i g h e r r a r e e a r t h o x i d e sJ.J o u r n a l o f A l l o y s a n d C o m p o u n d s,1 9 9 8,2 7 5/2 7 6/2 7 7:3 0-3 6.3 U L C OV P.T h e r m a l s y n t h e s i s o f C e O2-P r O2-N d2O3 p i g-m e n t sJ.J o u r n a l o f T h e r m a l A n a l y s i s a n d C a l o r i m e t r y,2 0 0 5,8 2(1):5 1-5 4.4 A S AM I K,KU S AKA B E K,A S H I N,e t a l.S y n t h e s i s o f e t h a n e a n d e t h y l e n e f r o m m e t h a n e a n d c a r b o n d i o x i d e o v e r p r a s e o d y m i u m o x i d e c a t a l y s t sJ.A p p l i e d C a t a l y s i s:A,1 9 9 7,1 5 6(1):4 3-5 6.5 S HR E S THA S,Y E UN G C M Y,NUNN E R L E Y C,e t a l.C o m p a r i s o n o f m o r p h o l o g y a n d e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y o f v a r i o u s t h i n f i l m s c o n t a i n i n g n a n o-c r y s t a l l i n e p r a s e o d y m i u m o x i d e p a r t i c l e sJ.S e n s o r s a n d A c t u a t o r s:A,2 0 0 7,1 3 6(1):1 9 1-1 9 8.6 K A W A B E M,O N O H,S A N O T,e t a l.T h e r m o c h e m i c a l o x y-g e n p u m p w i t h p r a s e o d y m i u m o x i d e s u s i n g a t e m p e r a t u r e-s w i n g a t 4 0 3-8 7 3 KJ.E n e r g y,1 9 9 7,2 2(1 1):1 0 4 1-1 0 4 9.7 钟仕科,廖良生.P r6O1 1对S n O2半导体气敏特性的影响J.中国稀土学报,1 9 8 9,7(1):3 4-3 8.8 王莹.P r6O1 1/S n O2复合材料的制备及对异丙醇气敏特性的研究 J.传感技术学报,2 0 2 0,3 3(3):3 2 1-3 2 6.9 WAN G C Y,MA S Y,S UN A M,e t a l.C h a r a c t e r i z a t i o n o f e l e c t r o s p u n P r-d o p e d Z n O n a n o s t r u c t u r e f o r a c e t i c a c i d s e n s o rJ.S e n s o r s a n d A c t u a t o r s:B,2 0 1 4,1 9 3(3 1):3 2 6-3 3 3.1 0 J I N G R S,YAN G Z X,S UN L,e t a l.I m p r o v e d a c e t o n e s e n s i n g p e r f o r m a n c e o f P r6O1 1-l o a d e d Z n O n a n o r o d sJ.M a t e r i a l s L e t t e r s,2 0 2 1,3 0 4(1):1 3 0 6 8 2-1-1 3 0 6 8 2-4.1 1 K I M J S,NA C,KWAK C H,e t a l.H u m i d i t y-i n d e p e n d e n t g a s s e n s o r s u s i n g P r-d o p e d I n2O3 m a c r o p o r o u s s p h e r e s:r o l e o f c y c l i c P r3+/P r4+r e d o x r e a c t i o n s i n s u p p r e s s i o n o f w a