專利名稱：一種固體電解質(zhì)的電流型NO₂傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種NO2傳感器，特別是用于NO2濃度測量控制的一種電流型NO2傳感器，具體地說是一種固體電解質(zhì)的電流型NO2傳感器。
背景技術(shù)：
當(dāng)前固體電解質(zhì)的化學(xué)類NOx傳感器由于容易與發(fā)動機(jī)電子控制燃油噴射系統(tǒng)的其它部件相配合，能完成對汽車尾氣中NOx含量簡便、快速、實(shí)時的檢測，所以該類NOx傳感器已成為車用NOx傳感器的首選。近年來，基于氧化鋯基NOx傳感器的各種電極材料的開發(fā)研究十分活躍，多種 器件原型已被制備出來，顯示出了很多可取的優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)的YSZ材料要在非常高的溫度下才具有較大的氧離子電導(dǎo)率，并且隨著溫度的降低，電阻急劇增大，因此決定了此類傳感器必須在高溫下運(yùn)行，其工作溫度一般在iooo°c或更高。而高溫環(huán)境運(yùn)行會帶來如電極-電解質(zhì)界面間的有害反應(yīng)、電極的老化、傳感器各部件的熱膨脹系數(shù)難以匹配、密封難、功耗高等問題。因此人們迫切需要開發(fā)一種在中、低溫范圍內(nèi)就具有較高氧離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)材料來取代傳統(tǒng)YSZ材料，以保證NO2傳感器具有較高的性能，滿足人們生產(chǎn)建設(shè)的需要。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀，而提供在中低溫環(huán)境中即能實(shí)現(xiàn)對NO2氣體濃度檢測，且靈敏度高，使用方便的一種固體電解質(zhì)的電流型NO2傳感器。該傳感器制備工藝簡單、功耗低具有性能穩(wěn)定和使用壽命長的特點(diǎn)，并能達(dá)到降低傳感器操作溫度的目的。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種固體電解質(zhì)的電流型NO2傳感器，該傳感器包括由LahSrxGapyMgyCVs材料燒結(jié)制成的致密陶瓷片體結(jié)構(gòu)的LSGM固體電解質(zhì)基層以及分別設(shè)置在該LSGM固體電解質(zhì)基層上表面和下表面的多孔正集電極層和多孔負(fù)集電極層，多孔正集電極層的上表面中心處涂有適量用于收集電荷的鉬漿層，多孔正集電極層經(jīng)鉬漿層以及多孔負(fù)集電極層分別引出有用于連接電源正負(fù)極的正、負(fù)電極引線。為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的措施還包括上述的LSGM固體電解質(zhì)基層的厚度為O. 6mm。上述的多孔正集電極層為敏感電極，多孔負(fù)集電極層為參考電極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的傳感器采用了新型的中溫固體氧離子導(dǎo)體材料La1_xSrxGa1_yMgy03_5作為NO2傳感器的固體電解質(zhì)，取代了傳統(tǒng)的氧化鋯材料，從而降低了NO2傳感器的工作溫度，保證了傳感器能在較低的溫度下工作，大大延長了產(chǎn)品的使用壽命。并且本實(shí)用新型的產(chǎn)品在工作時外加O. 6V I. 2V工作電壓，采用測量回路電流信號的大小可檢測范圍為O 600ppm NO2氣體濃度。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、性能穩(wěn)定、測量精度高且反應(yīng)靈敏，同時還能達(dá)到降低傳感器操作溫度的目的。
圖I是本實(shí)用新型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的工作原理圖；圖3是本實(shí)用新型在450°C時的I-V工作特性曲線圖；圖4是本實(shí)用新型在450°C時輸出電流I和NCU農(nóng)度的關(guān)系曲線圖；圖5是本實(shí)用新型的時間響應(yīng)曲線圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 其中的附圖標(biāo)記為LSGM固體電解質(zhì)基層I、多孔正集電極層2、多孔負(fù)集電極層
3、鉬漿層4、電極引線5、電源6、導(dǎo)線7。圖I至圖5為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及工作原理特性、曲線示意圖。圖I所示，本實(shí)用新型的一種固體電解質(zhì)的電流型NO2傳感器，該傳感器包括由La1_xSrxGa1_yMgy03_5材料燒結(jié)制成的致密陶瓷片體結(jié)構(gòu)的LSGM固體電解質(zhì)基層I以及分別設(shè)置在該LSGM固體電解質(zhì)基層I上表面和下表面的多孔正集電極層2和多孔負(fù)集電極層3，多孔正集電極層2的上表面中心處涂有適量用于收集電荷的鉬漿層4，多孔正集電極層2經(jīng)鉬漿層4以及多孔負(fù)集電極層3分別引出有用于連接電源6正負(fù)極的正、負(fù)電極引線5。與傳統(tǒng)技術(shù)相比,本實(shí)用新型的固體電解質(zhì)采用LahSrxGahyMg y03_s材料制作，La1_xSrxGa1_yMgy03_5 的簡寫為 LSGMiLahSrxGahyMgyCVs 材料在中低溫 600°C 800°C條件下具有很高的純氧離子導(dǎo)電性，離子導(dǎo)電率約為YSZ固體電解質(zhì)的4倍，并且在很寬的氧分壓范圍(10_2° latm)內(nèi)為純的氧離子導(dǎo)體，另外其和許多混合導(dǎo)體材料不僅有很好的化學(xué)相容性，而且還有很好的熱膨脹匹配性能，因此是作為中低溫固體氧離子導(dǎo)體材料中最理想的材料。LahSrxGapyMgyCVs材料保證了本實(shí)用新型的傳感器能在較低的工作溫度中操作，從而避免了傳統(tǒng)傳感器在高溫環(huán)境下運(yùn)行帶來的缺陷，大大提高了本產(chǎn)品的使用壽命。本產(chǎn)品在工作時外加O. 6V I. 2V工作電壓，采用測量回路電流信號的大小可檢測范圍為O 600ppm NO2氣體濃度。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是采用了材料作為NO2傳感器的固體電解質(zhì)，取代了傳統(tǒng)的氧化鋯材料，降低了 NO2傳感器的工作溫度，其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、靈敏度高、并且操作使用方便，適于批量生產(chǎn)。為優(yōu)化產(chǎn)品性能，提高產(chǎn)品市場競爭力，本實(shí)用新型的多孔正集電極層2為含有松油醇和乙基纖維素的NiO電極漿料制作而成。實(shí)施例中，多孔負(fù)集電極層3的材料為鉬。實(shí)施例中，La1_xSrxGa1_yMgy03_5材料中，所述x和y的取值范圍分別為
O.I ^ X ^ O. 2,0. I ^ y ^ O. 2o實(shí)施例中，本實(shí)用新型的LSGM固體電解質(zhì)基層I的厚度為O. 6mm。實(shí)施例中，多孔正集電極層2為敏感電極，多孔負(fù)集電極層3為參考電極。從圖I可以看不出，本實(shí)用新型的多孔正集電極層2的電極引線5為正電極引線，用于和電源8的正極相連接，相應(yīng)地，多孔負(fù)集電極層3的電極引線5為負(fù)電極引線，用于和電源8的負(fù)極相連接。[0025]本實(shí)用新型還提供了一種固體電解質(zhì)的電流型NO2傳感器的制備方法，該方法包括以下步驟A、采用公知的流延成型技術(shù)將La^SrxGahMgyCVs制成LSGM生瓷片；B、將上述的LSGM生瓷片在一定溫度下經(jīng)排膠后，放入高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)制得致密陶瓷片體的LSGM固體電解質(zhì)基層；C、采用厚膜絲網(wǎng)印刷技術(shù)將自制的添加了一定的松油醇和乙基纖維素的NiO電極漿料印制在上述的LSGM固體電解質(zhì)基層的上表面，印制出多孔正集電極層；D、將上述印制有多孔正集電極層的LSGM固體電解質(zhì)基層放入干燥箱干燥一段時間后，再送入高溫爐中燒結(jié)成型，制得傳感器半成品坯件；E、采用厚膜絲網(wǎng)印刷技術(shù)將鉬漿材料在上述傳感器半成品坯件的LSGM固體電解質(zhì)基層下表面印制出多孔負(fù)集電極層，并同時從多孔負(fù)集電極層引出負(fù)電極引線；F、在上述印刷有多孔負(fù)集電極層的傳感器半成品坯件的多孔正集電極層上表面中心部位點(diǎn)涂少許Pt漿，并同時引出正電極引線，制有傳感器成品坯件；G、將上述的傳感器成品坯件再次送入高溫爐中燒結(jié)后，制得本產(chǎn)品。上述的步驟B中的LSGM生瓷片在360°C的溫度下排膠22h后，放入1400°C的高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)2h。上述的步驟D中干燥箱的溫度為80°C經(jīng)4h烘干后送入1400°C高溫爐中燒結(jié)2h。上述的步驟G中高溫爐的燒結(jié)溫度為1000°C，時間為lh。本實(shí)用新型的工作原理如圖2所示，電源6通過導(dǎo)線7在多孔正集電極層2即敏感電極和多孔負(fù)集電極層3即參考電極間施加變化的工作電壓，敏感電極接電源6的正極，參考電極接電源6的負(fù)極。在此工作電壓的作用下，敏感電極和參考電極上將產(chǎn)生如下電化學(xué)反應(yīng)敏感電極N02+2e=N0+02-參考電極202二4e=02由敏感電極附近的NO2的電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氧離子，通過LSGM固體電解質(zhì)基層，不斷地被泵到參考電極側(cè)，并在參考電極附近失去電子形成氧氣擴(kuò)散到外界空氣中。該反應(yīng)在電路上表現(xiàn)為電流I的產(chǎn)生，該電流隨著施加工作電壓V的增加而增大。圖3所示為450°C時本實(shí)用新型NOj.感器的I;工作特性曲線。圖中可以看到傳感器的輸出電流I隨工作電壓的增大而增大，且當(dāng)工作電壓大于600mV后，輸出電流I呈現(xiàn)出隨NO2濃度的增加而增大。圖4為450°C時本實(shí)用新型NO2傳感器在工作電壓為900mV下，輸出電流I和NO2濃度的關(guān)系曲線，可以明顯看到傳感器的輸出電流I隨NO2濃度的增加而增大。圖5為本實(shí)用新型NO2傳感器的時間響應(yīng)曲線，可見該傳感器表現(xiàn)出較好的重復(fù)性，且響應(yīng)恢復(fù)時間也較短，分別為50s左右和90s左右。
權(quán)利要求1.一種固體電解質(zhì)的電流型NO2傳感器，其特征是該傳感器包括由La1_xSrxGa1_yMgy03_5材料燒結(jié)制成的致密陶瓷片體結(jié)構(gòu)的LSGM固體電解質(zhì)基層⑴以及分別設(shè)置在該LSGM固體電解質(zhì)基層(I)上表面和下表面的多孔正集電極層(2)和多孔負(fù)集電極層(3)，所述多孔正集電極層(2)的上表面中心處涂有適量用于收集電荷的鉬漿層(4)，所述的多孔正集電極層(2)經(jīng)鉬漿層⑷以及多孔負(fù)集電極層(3)分別引出有用于連接電源(6)正負(fù)極的正、負(fù)電極引線(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種固體電解質(zhì)的電流型NO2傳感器，其特征是所述的LSGM固體電解質(zhì)基層(I)的厚度為O. 6mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種固體電解質(zhì)的電流型NO2傳感器，其特征是所述的多孔正集電極層⑵為敏感電極，所述的多孔負(fù)集電極層⑶為參考電極。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種固體電解質(zhì)的電流型NO2傳感器，該傳感器包括由La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ材料燒結(jié)制成的致密陶瓷片體結(jié)構(gòu)LSGM固體電解質(zhì)基層以及分別設(shè)置在該LSGM固體電解質(zhì)基層上表面和下表面的多孔正集電極層和多孔負(fù)集電極層，多孔正集電極層的上表面中心處涂有適量用于收集電荷的鉑漿層，多孔正集電極層經(jīng)鉑漿層以及多孔負(fù)集電極層分別引出有用于連接電源正負(fù)極的正負(fù)電極引線。本實(shí)用新型采用流延成型技術(shù)制備LSGM固體電解質(zhì)，采用厚膜絲網(wǎng)印刷技術(shù)印制成型NiO敏感電極和Pt參考電極并采用燒結(jié)方式形成一固定整體。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、性能穩(wěn)定、測量精度高且反應(yīng)靈敏，同時還能達(dá)到降低傳感器操作溫度的目的。
文檔編號G01N27/00GK202770799SQ20122040513
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者顧媛媛, 簡家文, 陳康, 江浩 申請人:寧波大學(xué)