參比電極的YSZ基HCs氣敏傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種基于胞2〇3參比電極的YSZ基肥S氣敏傳感器，具體設及一種用于 HCs濃度測量的基于多孔Mri2〇3電極W及多孔桿狀納米形貌敏感電極的YSZ基HCs氣敏傳 感器的制備。
[0002] 本文中所有設及的肥S均表示碳氨化合物。
【背景技術】
[0003] 隨著我國汽車擁有量的急劇增加，我國城區大氣污染正由煤煙型污染向汽車尾氣 型污染發展；汽車尾氣污染已經成為我國空氣污染的第一大污染源。且，在城市交通越來 越擁堵的狀態下，汽車在怠速狀態下會產生更多的對人體健康有害的氣體，如C0、N02、肥S 等，該些氣體進入車內也將嚴重影響司乘人員的身體健康。現在，汽車排放的N0x、C0和 HCs等污染物嚴重超標，其中產生的HCs是產生光化學煙霧的主要來源。雖然對汽車尾氣的 排放有相關環保法規和標準的限制，但是，隨著汽車使用時間的延長和裝載量的變化，其排 放污染物的量會有所差異，有必要隨時實時跟蹤監測。由于基于固態電解質錠穩定氧化錯 (YttriaSt油lilzedZirconia，簡稱YS幻的肥S傳感器能完成對汽車尾氣中肥S含量簡 便快速的實時監測，所W受到了很大的關注。
[0004] 電極對YSZ基肥S傳感器的響應性能影響較為明顯，一般而言，YSZ基氣敏傳感器 采用Pt作為其參比電極，雖然取得了很好的響應性能，但是Pt價格昂貴，不利于傳感器批 量化生產。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種成本低，能夠在中高 溫環境中實現對HCs氣體濃度的檢測的基于Mn2〇3參比電極、桿狀納米形貌NiO敏感電極的 YSZ基肥S氣敏傳感器。
[000引本發明的目的可通過下列技術方案來實現：一種基于胞203參比電極的YSZ基肥S氣敏傳感器，包括固體電解質、敏感電極和參比電極，所述固體電解質兩側分別印制有敏感 電極和參比電極，所述固體電解質為YSZ基層，所述敏感電極為多孔桿狀納米NiO電極，所 述參比電極為多孔Mn203電極，所述敏感電極上點涂有Pt金漿層，所述敏感電極和參比電極 上均引出電極引線。
[0007] 經不斷研究試驗發現，Mn2〇3材料在一定的鍛燒溫度下可很好地充當傳感器的參比 電極，其原因在于：一、Mn2〇3在550°C下對氣體基本沒有響應，且在該溫度下能很好地保持 穩定性能。經比較發現，采用胞2〇3作為參比電極的混合電位型肥S傳感器的響應值比Pt 參比電極傳感器高，對CsHe氣體有很高的靈敏度，且測試結果符合混合電位原理。二、Pt價 格昂貴，不利于傳感器批量化生產，而Mn2〇3材料價廉，用Mn2〇3材料替代Pt參比電極可大大 降低生產成本。
[0008] 本發明傳感器基于混合電位型，參比電極和敏感電極可同時暴露在待測氣氛中， 無需參比氣體。該傳感器在作用時，HCs氣體在敏感電極的活性通道內，逐步被活化成離子 游離態，從而保證檢測HCs成分的充分反應，并且通過反應的優選選擇性降低氣體雜質氣 體的干擾，從而提高了傳感器的準確性和選擇性。
[0009] 在上述基于胞2〇3參比電極的YSZ基肥S氣敏傳感器中，作為優選，所述固體電解 質的厚度為0. 5-0. 7mm。
[0010] 在上述基于胞2〇3參比電極的YSZ基肥S氣敏傳感器中，作為優選，所述敏感電極 的厚度為20-30ym。敏感電極通過適當長度使得傳感器工作時具有適當的氧離子遷移長 度W及敏感電極YSZ材料在的離子空穴濃度可W控制氧離子在單位時間內的通過能力，從 而使具有良好的氧離子濃度控制能力，從而保證傳感器對HCs等氣體的電化學反應正常進 行，又能夠降低對其他類氣體的活性，提高了傳感器的選擇性。
[0011] 在上述基于胞2〇3參比電極的YSZ基肥S氣敏傳感器中，作為優選，所述參比電極 的厚度為10-20ym。
[0012] 在上述基于胞2〇3參比電極的YSZ基肥S氣敏傳感器中，作為優選，所述敏感電極 為NiO漿料采用厚膜絲網印刷技術印制成型。
[001引在上述基于胞203參比電極的YSZ基肥S氣敏傳感器中，作為優選，所述參比電極 為胞203采用厚膜絲網印刷技術印制成型。
[0014] 本發明的另一個目的在于提供一種上述基于胞2化參比電極的YSZ基肥S氣敏傳 感器的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
[0015]A、采用流延成型技術制成厚度為0. 5-0. 7mm的YSZ生瓷片，在空氣中350-400°C下 排膠18-22小時后，放入燒結爐中燒結成型；
[0016]B、采用水熱合成法制取桿狀納米形貌NiO敏感電極材料；
[0017]C、所述的YSZ固體電解質一側設置有桿狀納米NiO的敏感電極漿料，敏感電極漿 料的制備方法為將B制取的NiO粉末與松油醇漿料（由70 %松油醇+30%己基纖維素配 審IJ)在瑪趟研鉢中混合并研磨均勻，所述敏感電極厚度20-30ym;
[0018] D、將C所得樣品在干燥箱干燥后，在敏感電極上表面點涂Pt漿層，并引出電極引 線；
[0019] E、采用厚膜絲網印刷技術在所述YSZ固體電解質另一側印制多孔胞2〇3參比電極， 所述參比電極厚度為10-20ym，并引出電極引線，在1000-1200°C下保持2-3個小時燒結成 型；
[0020]F、將E所得樣品在燒結爐中在900-1000°C下保持2-3個小時燒結成型。
[0021] 其中，F步驟中的燒結實則是對傳感器上敏感電極的燒結，因為本傳感器采用 Mn2〇3作參比電極，其燒結溫度要高于敏感電極，因此需要在E步驟中先在1000-1200°C燒結 Mn2〇3參比電極，然后再在900-1000°C下燒結敏感電極。若先燒結敏感電極再燒結參比電 極，后者的高溫燒結會影響敏感電極，從而影響傳感器的性能。
[002引在上述基于胞203參比電極的YSZ基肥S氣敏傳感器的制備方法中，作為優選，步 驟A中所述燒結成型的溫度為1200-1400°C，燒結成型的時間為1. 5-2. 5小時。
[002引在上述基于胞203參比電極的YSZ基肥S氣敏傳感器的制備方法中，作為優選，步 驟C中所述敏感電極的厚度為20-30ym，是由桿狀納米形貌NiO電極材料采用厚膜絲網印 刷技術印制成型。
[0024]在上述基于胞2〇3參比電極的YSZ基肥s氣敏傳感器的制備方法中，作為優選，步 驟F具體為，將E所得樣品干燥后在燒結爐中在920-95(TC下保持2個小時燒結成型，檢驗 合格，質地均勻、與固體電解質表面粘結良好、無裂紋空隙，是為成品，此時敏感電極和參考 電極的燒結溫度適當，避免電極應燒結溫度過低而出現活性過低、關聯能力不強、強度過低 而影響傳感器響應時間和檢測質量，同時又避免因為溫度過高出現材料過燒失活的情況。 [002引與現有技術相比，本發明的優點在于，選用胞203替代昂貴的Pt作參比電極，并采 用桿狀納米形貌的NiO作敏感電極，使得基于YSZ基的氣敏傳感器在中高溫下對HCs具有 很高的響應和靈敏度，對其他氣體抗干擾能力強，且傳感器結構簡單，成本低，體積小，制備 工藝簡單。且本發明肥S傳感器基于混合電位型，參比電極和敏感電極可同時暴露在待測 氣氛中，無需參比氣體，在0-5(K)ppmC3He氣體測量范圍下取得了良好的結果。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發明肥S傳感器的桿狀納米NiO敏感電極的形貌圖。
[0027] 圖2是本發明肥S傳感器的剖面結構示意圖。
[002引圖3是本發明肥S傳感器的不同溫度下的響應圖。
[0029] 圖4是本發明