[發明專利]制備氧化鋯基NOx傳感器的方法

有效

• 申請號: 201210564623.2
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103884758A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 馮濤;夏金峰;蔣丹宇;黃德信;徐兵;李雨林;粘洪強;徐海芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407;G01N27/409
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 郭輝

技術領域

本發明涉及一種制備氧化鋯基NOx傳感器的制備方法。

背景技術

隨著我國城鎮化進程的加速，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產生副作用，出現脫發、喉嚨發炎、視力受損、呼吸系統抵抗力下降等癥狀。因此氮氧化物減排被列為環境保護的要求之一。很多的毒理以及流行病學研究發現了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生的，這其中大約一半是由非道路運輸的車輛產生的，如工程機械、農業機械等，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生并通過更為嚴厲的法規來限制這類氣體的排放。例如美國2000年12月的法規規定了2007年及以后的載重車輛NOx的排放必須在0.20g/bhp。在日本，規定了NOx的排放標準在0.25g/km.歐洲也規定了類似的標準。我國在國四標準中也規定了NOx的排放標準。

NOx主要是在高溫燃燒的過程中產生，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O₂。在汽車行業中降低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。

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。

現在市場上的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O₂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氣體產生的電流強度，測試NOx的濃度。這種裝置的優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，產生的電流就很小，在分析很小的電流的時候，后續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。

本發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。

發明內容

為此，本發明提供一種制備氧化鋯基NOx傳感器的方法，所述方法包括：

(1)分別提供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（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、氧化鋯層和參比電極（Pt）；

所述加熱體層包括絕緣層(或保護層，優選Al₂O₃保護層)、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800～1200℃下進行低溫共燒。

在本發明一個實施方式中，所述NOx測試電極層是Pt和ZrO₂的混合物(Pt+ZrO₂)。

在本發明一個實施方式中，所述氧測試電極層是Pt、Au和ZrO₂的混合物(Pt+Au+ZrO₂)。