[發明專利]一種厚膜型極限電流氫氣傳感器及其制備方法

無效

• 申請號: 200910166285.5
• 申請日: 2009-08-19
• 公開（公告）號: CN101625335A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 周會珠;王嶺;戴磊;李躍華;朱靖;趙艷琴;李帥
• 申請（專利權）人: 河北理工大學
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電化學氣體傳感器技術領域，具體涉及一種厚膜極限電流型氫氣傳感器及其制備方法。

背景技術

在鋁熔煉及鑄造時，熔體與大氣中的水發生反應而吸氫。凝固時，溶解的氫會析出而造成許多氣孔，嚴重影響材料的性能，因此必須脫氫至一定水平以下。為控制脫氫過程，要求迅速準確地測定鋁液中氫含量。

電化學傳感器具有選擇性強，響應快速，而且可實現在線連續測定的優點。目前用于氫氣測定的電化學傳感器可分為濃差電池型和極限電流型。

Iwahara等人用SrCeO₃、BaCeO₃和CaZrO₃基質子傳導材料作為固體電解質，以氫氣或水合鹽作參比電極制備了濃差電池型氫氣傳感器，得到了非常穩定的電動勢[Yajima?N，Iwahara?H，Fukatsu?N，et?al.，Journal?of?Japan?Institute?of?Light?Metal，42(1992)263]。鄭敏輝等[鄭敏輝，陳祥，金屬學報，30(1994)B238.]使用SrCeO₃型質子導體為電解質，Ca/CaH₂作參比電極，得到了可連續工作60小時的氫氣傳感器，但由于Ca/CaH₂參比電極不穩定和密封問題的存在，影響其推廣和應用。Yajima等人以鈣鈦礦結構的CaZr_0.9In_0.1O₃為固體電解質，以1％氫為參比電極構成了氫氣傳感器，在鋁熔體中實驗結果與Telegas法很好地符合[K.Ktahira，H.Matsumoto，H.Iwahara，Sensors?and?Actuators?B，73(2001)130]，并實現了商品化。英國劍橋大學Fray等人在此基礎上開發了以CaZr_0.9In_0.1O₃為固體電解質，Zr/ZrH_x為參比電極的氫傳感器[D?P?Lapham?and?D?J?Fray，Ionics，8(2002)391]。傳感器的穩定性高、重現性好。

由于濃差電池型氫氣傳感器的信號與氫的分壓成對數關系，因此在整個測定內，信號變化較小，不夠敏感。而極限電流型氫傳感器具有靈敏度高、不需要參比電極、制備簡單、易于微型化。目前，極限電流型氫傳感器已研制出了小孔擴散型傳感器[Noboru?Taniguchi，Tomohiro?Kuroha，Chiharu?Nishimura.Solid?State?Ionics，176(2005)2979]。

本發明采用致密電子/質子混合傳導材料作為擴散障礙層制備了一種厚膜型極限電流氫氣傳感器。該傳感器可以測定鋁熔體中氫氣濃度，也可用于對氣體中氫氣濃度的檢測和生產控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新的厚膜型極限電流氫氣傳感器及其制備方法。

本發明的技術方案與技術特征為：

本發明為一種厚膜型極限電流氫氣傳感器的制備方法。其特征在于該厚膜型極限電流型氫氣傳感器由致密的質子導體和致密的質子/電子混合導體組成，其重量百分比為：質子導體98～99.9％，質子/電子混合導體2～0.1％，或質子/電子混合導體98～99.9％，質子導體2～0.1％。該厚膜型極限電流氫氣傳感器制備包括以下步驟：質子導體和質子/電子混合導體粉體的制備；致密的質子導體或致密的質子/電子混合導體片的制備；采用絲網印刷技術制備相應的厚膜以及傳感器的組裝。

質子導體作為電解質，具有鈣鈦礦結構，質子導體的化學組成為AB_1-xR_xO_3-δ，其中A是Ca、Sr或Ba；B是Ce、Zr、Nb、Ti中的一種或多種；R是Sc、Y、La、Pr、Nd、Dy、Ho、Er、Lu、Gd、In中的一種或多種，x為摩爾數，x取值范圍：0≤x≤0.3。

作為擴散阻的質子/電子混合導體，具有透氫功能，質子/電子混合導體的化學組成為AB_1-xR’_xO_3-δ，其中A是Ca、Sr或Ba；B是Ce、Zr、Nb、Ti中的一種或多種；R’是Sm、Eu、Tb、Yb、Tm、Mn、Ti中的一種或多種，x為摩爾數，x取值范圍：0≤x≤0.3。