制備氧化鋯基NOx傳感器的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氧化鋯基NOx傳感器的制備方法，包括：提供NOx傳感單元、氧傳感單元和加熱體；所述NOx傳感單元由NOx敏感層、參比氣體通道層、氧化鋯層組成，所述NOx敏感層包括NOx測試電極層、氧化鋯層和參比電極；所述氧傳感單元由氧敏感層、參比氣體通道層和氧化鋯層組成，所述氧敏感層包括氧測試電極層、氧化鋯層和參比電極；所述加熱體層包括絕緣層、加熱電極、氧化鋯層、引腳孔和引腳；將所述NOx傳感單元、氧傳感單元和加熱體層疊共燒，制得氧化鋯基NOx傳感器；其中，所述加熱體位于NOx傳感單元和氧傳感單元之間；所述NOx傳感單元、氧傳感單元和加熱體之間加入低溫玻璃粉，在800～1200℃下進行低溫共燒。
【專利說明】制備氧化錯基NOx傳感器的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備氧化鋯基NOx傳感器的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加速，化石燃料消耗迅速增加，很多的有毒、有害的氣體被釋放到大氣中污染環(huán)境，其中最典型的一類，就是NOx氣體，它不僅會導致光化學煙霧以及酸雨、破壞臭氧層，還會對人類的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生副作用，出現(xiàn)脫發(fā)、喉嚨發(fā)炎、視力受損、呼吸系統(tǒng)抵抗力下降等癥狀。因此氮氧化物減排被列為環(huán)境保護的要求之一。很多的毒理以及流行病學研究發(fā)現(xiàn)了 NOx的副作用。NO2以及NO氣體(合稱NOx)目前受到較大的關注。這種氣體在一些道路特別是高人口密度的居住區(qū)的濃度較高，這就顯得問題更加嚴重了。研究表明，75%的NOx氣體是由汽車排放產(chǎn)生的，這其中大約一半是由非道路運輸?shù)能囕v產(chǎn)生的，如工程機械、農業(yè)機械等，同時這些機械的壽命要遠遠大于道路運輸車輛，對這些機械車輛降低NOx的排放就變得更加有效了。因此人們投入了很大的精力和財力來降低這種氣體的產(chǎn)生并通過更為嚴厲的法規(guī)來限制這類氣體的排放。例如美國2000年12月的法規(guī)規(guī)定了 2007年及以后的載重車輛NOx的排放必須在0.20g/bhp。在日本，規(guī)定了 NOx的排放標準在0.25g/km.歐洲也規(guī)定了類似的標準。我國在國四標準中也規(guī)定了 NOx的排放標準。
[0003]NOx主要是在高溫燃燒的過程中產(chǎn)生，空氣中的N2氣體和O2氣體反應得到了 NOx氣體，其中NOx氣體在高溫是主要的成分是NO，在室溫時主要是NO2氣體，并且隨著溫度的升高，NO2分解得到NO和02。在汽車行業(yè)中降低NOx的方法主要有兩種，NOx氣體捕獲以及NOx還原。但是無論哪種方法，準確的測定NOx的濃度是首先要解決的問題。
[0004]NOx的測試方法有很多種，如共振電離光譜法、傅立葉轉換紅外光譜法、氣相色譜/質譜法、化學發(fā)光分析等，這些方法可以很精確的測定NOx的濃度，但是也有很多的缺點，如不能在線測試，測試設備體積龐大等。這些缺點導致不能應用于汽車尾氣的處理。
[0005]現(xiàn)在市場上的NOx傳感器是基于氧化鋯基的電化學電流測試方法，采用6層氧化鋯基片疊層共燒而成，中間加入了加熱體，測試電極、氧泵電極等。它首先通過降低汽車尾氣中的O2的含量，將尾氣中02含量降到了很低的程度(10_3ppm)，NOx氣體在測試電極表面分解成N2和O2氣體，通過測定O2氣體產(chǎn)生的電流強度，測試NOx的濃度。這種裝置的優(yōu)點在于可以在線測試NOx的濃度，體積小，安裝方便。但是他的缺點也是很明顯的，首先在NOx的濃度很低的時候，分解得到的O2氣體的濃度也很低，產(chǎn)生的電流就很小，在分析很小的電流的時候，后續(xù)處理電路的成本就增加了，在不增加電路成本的情況下，只有降低測試的靈敏度了，也就是說，這種裝置很難測試較低的NOx濃度；其次制備工藝復雜，有很多的制備步驟，這些步驟中的任何一步失誤的話都會導致前功盡棄。
[0006]本發(fā)明針對這種情況提出采用三個部件組裝的方式制備NOx傳感器的方法。

【發(fā)明內容】
[0007]為此，本發(fā)明提供一種制備氧化鋯基NOx傳感器的方法，所述方法包括:
[0008](I)分別提供NOx傳感單元、氧傳感單元和加熱體；
[0009]其中，所述NOx傳感單元由NOx敏感層、參比氣體通道層、氧化錯層組成,所述NOx敏感層包括NOx測試電極層、氧化鋯層和參比電極(Pt)；
[0010]所述氧傳感單元由氧敏感層、參比氣體通道層和氧化鋯層組成，所述氧敏感層包括氧測試電極層、氧化鋯層和參比電極(Pt)；
[0011]所述加熱體層包括絕緣層(或保護層，優(yōu)選Al2O3保護層)、加熱電極、氧化鋯層、引腳孔和引腳；
[0012](2)將所述NOx傳感單元、氧傳感單元和加熱體層疊共燒，制得氧化鋯基NOx傳感器；
[0013]其中，所述加熱體位于NOx傳感單元和氧傳感單元之間；
[0014]所述NOx傳感單元、氧傳感單元和加熱體之間加入低溫玻璃粉，在800?1200°C下進行低溫共燒。
[0015]在本發(fā)明一個實施方式中，所述NOx測試電極層是Pt和ZrO2的混合物(Pt+Zr02)。
[0016]在本發(fā)明一個實施方式中，所述氧測試電極層是Pt、Au和ZrO2的混合物(Pt+Au+Zr02) ο
[0017]在本發(fā)明一個實施方式中，所述加熱電極是Pt。
[0018]在本發(fā)明中，所述NOx傳感器可以檢測出NOx和氧氣的濃度；氧傳感器可以檢測出氧氣的濃度、將檢測得到的電動勢的信號經(jīng)過計算可以NOx的濃度。
[0019]在本發(fā)明一個實施方式中，所述疊層共燒的方式選自疊層熱壓和疊層溫等靜壓。
[0020]在本發(fā)明一個實施方式中，所述低溫玻璃粉是熔化溫度在500?1000°C之間的玻璃粉。
[0021]具體地說，本發(fā)明所述制備氧化鋯基NOx傳感器的制備方法包括:
[0022]將氧化鋯基片經(jīng)過剪裁、印刷、疊層、共燒制備成NOx傳感單元、氧傳感單元、以及加熱體；
[0023]NOx傳感單元可以檢測出NOx和氧氣的濃度；氧傳感單元可以檢測出氧氣的濃度、將檢測得到的電動勢的信號，經(jīng)過計算可以得到單純的NOx產(chǎn)生的電動勢，從而得到NOx的濃度。
[0024]NOx傳感單元的電極材料是Pt和ZrO2的混合物。氧傳感單元的電極材料是Pt、Au和ZrO2的混合物。加熱體的電極材料是Pt。
[0025]NOx傳感單元可以檢測出NOx和氧氣的濃度；氧傳感單元可以檢測出氧氣的濃度、將檢測得到的電動勢的信號經(jīng)過計算可以轉化為單純的NOx產(chǎn)生的電動勢，從而得到NOx的濃度。
[0026]NOx傳感單元的制備是采用3層疊層共燒的方式，中間一層為參比氣體通道。NOx傳感單元的電極材料是Pt和ZrO2的混合物。這是測試得到的電動勢(Vmx)為NOx分解得到的氧氣和尾氣中原有的O2共同產(chǎn)生的。
[0027]氧傳感單元的制備是采用3層疊層共燒的方式，中間一層為參比氣體通道，氧傳感單元的電極材料是Pt、Au和ZrO2的混合物，經(jīng)過Au對Pt的毒化后，只會得到O2氣體的電動勢，這是測得的電動勢(VO2)是有尾氣中原有的O2產(chǎn)生的。[0028]根據(jù)公式
【權利要求】
1.一種制備氧化鋯基NOx傳感器的方法，所述方法包括: (I)提供NOx傳感單元、氧傳感單元和加熱體； 其中，所述NOx傳感單元由NOx敏感層、參比氣體通道層、氧化錯層組成，所述NOx敏感層包括NOx測試電極層(Pt+Zr02)、氧化鋯層和參比電極(Pt)； 所述氧傳感單元由氧敏感層、參比氣體通道層和氧化鋯層組成，所述氧敏感層包括氧測試電極層(Pt+Au+Zr02)、氧化鋯層和參比電極(Pt)； 所述加熱體層包括絕緣層、加熱電極、氧化鋯層、引腳孔和引腳；(2)將所述NOx傳感單元、氧傳感單元和加熱體層疊共燒，制得氧化鋯基NOx傳感器； 其中，所述加熱體位于NOx傳感單元和氧傳感單元之間； 所述NOx傳感單元、氧傳感單元和加熱體之間加入低溫玻璃粉，在800?120(TC下進行低溫共燒。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備氧化鋯基NOx傳感器的方法，其特征在于:所述NOx測試電極層是Pt和ZrO2的混合物。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備氧化鋯基NOx傳感器的方法，其特征在于:所述氧測試電極層是Pt、Au和ZrO2的混合物。
4.根據(jù)權利要求1所述的制備氧化鋯基NOx傳感器的方法，其特征在于:所述加熱電極是Pt。
5.根據(jù)根據(jù)權利要求1所述的制備氧化鋯基NOx傳感器的方法，其特征在于:所述NOx傳感單元可以檢測出NOx和氧氣的濃度；氧傳感單元可以檢測出氧氣的濃度、將檢測得到的電動勢的信號經(jīng)過計算可以NOx的濃度。
6.據(jù)根據(jù)權利要求1所述的制備氧化鋯基NOx傳感器的方法，其特征在于:所述疊層共燒的方式選自疊層熱壓和疊層溫等靜壓。
7.據(jù)根據(jù)權利要求1所述的制備氧化鋯基NOx傳感器的方法，其特征在于:所述低溫玻璃粉是熔化溫度在500?1000°C之間的玻璃粉。
【文檔編號】G01N27/407GK103884758SQ201210564623
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月24日 優(yōu)先權日:2012年12月24日
【發(fā)明者】馮濤, 夏金峰, 蔣丹宇, 黃德信, 徐兵, 李雨林, 粘洪強, 徐海芳 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所