[發明專利]一種多電極電化學氣體傳感器的制備方法

有效

• 申請號: 200810051646.7
• 申請日: 2008-12-22
• 公開（公告）號: CN101435790A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 華凱峰;蘇怡;呂翔宇;劉世偉;李翠玲;王玉江
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: G01N27/27
• 分類號: G01N27/27
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是一種多電極電化學氣體傳感器的制備方法。

背景技術

電化學氣體傳感器具有檢測氣體種類多，濃度范圍寬，體積小， 功耗低，可用于現場監測等優點，因此，這種傳感器在工農業監測、 檢測領域得到廣泛的應用，但是由于多種毒氣的基本屬性一致，因此 存在實際監測過程中，不同氣體的交叉干擾問題。尤其在石化、鋼鐵 冶煉等行業，經常會出現一氧化碳與硫化氫并存的現象，而工業變送 器采用的三電極電化學一氧化碳、硫化氫氣體傳感器實際應用中存在 交叉干擾的問題，即一氧化碳傳感器對一氧化碳、硫化氫氣體都存在 響應信號，同時硫化氫傳感器對一氧化碳、硫化氫也都存在響應信號， 因此當兩種氣體共存時，傳感器實際測試信號存在較大的誤差，并且 實際安裝監測儀器時，需要兩套傳感器檢測單元，增加了使用與維護 成本。

傳統電化學傳感器基本采用兩電極或三電極結構設計。中國專利 CN2456165公開了一種“電化學一氧化碳傳感器”，該傳感器在一殼 體內為液體室，其上放置下電極片及下感應電極、中間絕緣隔離層、 上感應電極及上電極片、外罩，下感應電極上表面涂有催化劑膜作為 下對應電極，上感應電極下表面涂有催化劑膜作為上對應電極，下電 極片開有液體滲透孔，上電極片開有進氣孔，外罩內為氣體過濾室。 中國專利01252229.5公開了一種“固體聚合物電解質一氧化碳傳感 器”，它主要由傳感器芯片、透氣隔板、小氣孔、樣氣室、傳感器外 殼構成，其中傳感器芯片是以固體聚合物作為電解質，以貴金屬粉末 用粘合劑粘接的防水催化劑膜作為工作電極、輔助電極、參比電極以 及固體聚合物電解質膜與電極通過熱壓結合成一體。這些傳感器的設 計均采用兩電極和三電極的設計，只能測量單一的氣體。

發明內容

本發明的目的是提供一種多電極電化學氣體傳感器的制備方 法。

本發明的傳感器利用電化學控制電位電解的基本原理、通過外部 工作電路，以參比電極為基準，將工作電極恒定在選定的電位下，使 被測氣體在工作電極上產生氧化或還原反應，在對電極上產生對應的 電化學反應，并在回路中產生氧化或還原電流。該電流與氣體濃度成 正比，故可以定量。

本發明的傳感器采用兩片工作電極、兩片輔助電極及一片參比電 極組成，其中兩片工作電極分別采用鉑空氣電極和金空氣電極，參比 和輔助電極均采用鉑空氣電極，五片電極采用疊層放置呈三明治式結 構，由上至下分別是金、鉑一體工作電極，參比電極、兩片輔助電極。

電極的制備過程如下：首先對預選的膜進行清洗、烘干，選擇的 電極膜厚度在0.05-0.2毫米，并平整固定在絲網印刷設備上；將印 刷模版固定在被印刷的膜上表面，配制印刷催化劑漿料，按照質量比 1-3∶9-7稱量粘接劑與催化劑，將粘接劑與催化劑混合，通過超聲 波分散器分散均勻，將分散好的漿料通過刮涂法印制到聚四氟乙烯防 水透氣膜片上，催化劑的載量控制在2毫克-20毫克/cm²，電極的面 積在0.5-5cm²，電極的形狀中工作電極由兩個半圓形電極組成，一側 半圓形電極為金催化劑電極，一側半圓形電極為鉑催化劑電極，輔助 電極和參比電極均為圓環形薄膜結構。之后，對電極進行再次清洗， 對清洗后的電極在高純氮氣保護下于100-240℃溫度條件中進行燒 結30-60分鐘。工作電極、參比電極和兩片輔助電極制備工藝一致。

其中半圓型金工作電極僅對硫化氫氣體敏感，而半圓形鉑工作電 極對硫化氫和一氧化碳氣體均有響應信號，這樣該傳感器測試一氧化 碳與硫化氫混合氣體時，在鉑工作電極上是兩種混合氣體的總響應信 號，而金工作電極上是硫化氫氣體的響應信號，這樣通過差值計算， 就可以在該傳感器上同步得到兩種氣體的響應信號，不但簡化了測試 方法，還大大降低了實際應用成本。

具體實施方式