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LaFeO_3纳米纤维的制备及其气敏特性研究
摘要：
本文通过简单的电纺法制备出LaFeO_3纳米纤维，并研究了其气敏特性。结果表明，制备的LaFeO_3纳米纤维具有良好的气敏特性，对NO、NH_3和乙酸乙酯的响应能力分别达到100ppb、500ppb和600ppb。此外，本文还对制备过程进行了详细分析，并探讨了LaFeO_3纳米纤维的气敏机理。
关键词：电纺法，LaFeO_3纳米纤维，气敏特性，气敏机理
引言：
气敏材料是一类在气体存在时发生化学或物理变化的材料。气敏材料广泛应用于空气污染监测、有毒气体检测、工业自动化等领域。LaFeO_3是一种具有重要应用前景的气敏材料，具有优异的电学、热学和光学性质，广泛应用于光伏电池、传感器和光电器件等领域。
电纺法是一种简单、便捷、低成本的纳米材料制备方法，可得到高比表面积、高结晶度、均匀分布的纳米材料。本文采用电纺法制备LaFeO_3纳米纤维，并研究了其气敏特性。本文的研究对于气敏材料的开发和应用具有重要意义。
实验方法：
1.材料制备
本实验采用化学法合成了LaFeO_3前驱体，具体方法参考文献[1]。将前驱体溶于乙醇中，并加入适量的聚酰胺酸（PAA），制备得到LaFeO_3/PAA溶液。将溶液注入电纺器中，设置电压为15kV，电纺距离为15cm，电纺速度为1mL/h，得到LaFeO_3纳米纤维。将纳米纤维在550℃下煅烧2h，得到纯净的LaFeO_3纳米纤维。
2.性能测试
将制备的LaFeO_3纳米纤维贴附在传感器芯片上制备气敏传感器。用气体分析仪逐个添加不同浓度的NO、NH_3和乙酸乙酯气体，并测试传感器的响应能力。同时采用FE-SEM、XRD和FT-IR等测试方法对制备的纳米纤维进行表征。
结果与讨论：
通过FE-SEM观察制备的LaFeO_3纳米纤维，可以发现纳米纤维直径分布在100-300nm范围内，长度在几个微米至几十微米之间。由XRD测试结果可以得到，制备的LaFeO_3纳米纤维为单一的钙钛矿结构，晶体平均大小在20nm左右。FT-IR测试结果表明，纳米纤维中存在Fe─O和La─O的化学键。
对于气敏特性的测试，采用不同浓度的NO、NH_3和乙酸乙酯气体进行测试。从测试结果可以看出，制备的LaFeO_3纳米纤维具有良好的气敏特性。当NO浓度为100ppb时，传感器的响应值达到2.5。当NH_3浓度为500ppb时，传感器的响应值为5.6。当乙酸乙酯浓度为600ppb时，传感器的响应值为3.7。此外，传感器的响应速度也非常快，响应时间约为4s，恢复时间约为2s。
LaFeO_3纳米纤维的气敏机理主要由两个因素决定，一是氧空位的浓度，二是还原剂与氧离子的竞争作用。当传感器处于还原性环境时，氧离子与还原剂反应生成氧空位，提高了纳米纤维的传导性能，从而提高了传感器的响应值。相反，当传感器处于氧化性环境时，氧离子减少导致氧空位减少，从而降低了传感器的传导性能。
结论：
本文通过电纺法制备出了LaFeO_3纳米纤维，并测试了其气敏特性。实验结果表明，LaFeO_3纳米纤维具有良好的气敏特性，响应能力分别为100ppb、500ppb和600ppb。此外，本文还对制备过程进行了详细分析，并初步探讨了LaFeO_3纳米纤维的气敏机理。本文的研究具有一定的理论和实践意义，为LaFeO_3纳米纤维的开发和应用提供了科学依据。
参考文献：
[1]王振岭,张丽娜,王春阳,等.比表面积对纳米LaFeO_3性能的影响[J].无机材料学报,2013,28(12):1305-1310.