[發明專利]一種電位型CO傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201410388006.0
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN104237334A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 洪磊;王林滬;錢和偉;錢小偉
• 申請（專利權）人: 寧波市鄞州永林電子電器有限公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/30;G01N27/407
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(普通合伙) 33243
• 代理人: 張向飛

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技術領域

本發明涉及一種用于CO濃度測量的電位型CO傳感器，其中涉及一種基于In₂O₃摻雜ZnO復合敏感電極的管式釔穩定氧化鋯(Yttria-Stabilized?Zirconia,YSZ)基的電位型CO傳感器及其制備方法。

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背景技術

現有技術中，一種類型的CO傳感器多采用液體電解質液作為離子傳輸介質，該種傳感器的檢測機理為：當一氧化碳氣體通過外殼上的氣孔經透氣膜擴散到工作電極表面上時，在工作電極的催化作用下，一氧化碳氣體在工作電極上發生氧化。其化學反應式為：?????CO+H₂O→CO₂+2H⁺+2e^-?????在工作電極上發生氧化反應產生的H⁺離子和電子，通過電解液轉移到與工作電極保持一定間隔的對電極上，與水中的氧發生還原反應。其化學反應式為：?????1/2O₂+2H⁺+2e^-→H₂O?????因此，傳感器內部就發生了氧化-還原的可逆反應。其化學反應式為：?????2CO+2O₂?→2CO₂?????這個氧化-還原的可逆反應在工作電極與對電極之間始終發生著，并在電極間產生電位差。?????但是由于在兩個電極上發生的反應都會使電極極化，這使得極間電位難以維持恒定，因而也限制了對一氧化碳濃度可檢測的范圍。

另一種類型的CO傳感器采用固體電解質，如膜式或片式YSZ，在YSZ兩側分別印刷上相對應的材料作為敏感電極和參比電極，顯示出了很多可取的優點。但在測試的時候，由于敏感電極和參比電極同時暴露在CO氣體中，如果參比電極對CO存在響應，則會對傳感器的靈敏度產生影響，這就對參比電極的選取提出了極高的要求。而目前參比電極的開發進展極為緩慢，合適的材料極難尋找。

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發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種電位型CO傳感器及其制備方法，該傳感器能夠在高溫環境下實現對CO氣體濃度的實時檢測，且制備工藝簡單。其YSZ管式結構固體電解質可以很好的實現敏感電極和參比電極的分離。YSZ管式結構固體電解質的外側附著敏感電極層，內側則附著參比電極層。測試時，外側的敏感電極接觸CO氣體，而內側的參比電極則只接觸空氣，這對參比電極的要求大大降低。

本發明公開的電位型CO傳感器，包括電解質、敏感電極、參考電極和電極引線，電極引線由敏感電極和參考電極分別引出，電解質為固體電解質，固體電解質為一端封閉的管式結構，敏感電極設置在固體電解質封閉端外表面的感應區內，參考電極設置在固體電解質封閉端內表面。更優選地，感應區為固體電解質封閉端外側由頂部向下2.5-3.5cm（優選為3cm）區域，經過打磨光滑形成（如選用2000以上高粒度水磨砂紙，打磨1h，磨后感應區公差小于3微米）。

優選地，敏感電極為In₂O₃摻雜ZnO復合敏感電極。更優選地，敏感電極為10~50?wt.%（占In₂O₃和ZnO總質量中占比）In₂O₃摻雜ZnO復合敏感電極。更優選地敏感電極為30?wt.%（占In₂O₃和ZnO總質量中占比）In₂O₃摻雜ZnO復合敏感電極。

優選地，敏感電極的寬度為2~4?mm。更有選地敏感電極的寬度為3mm。

優選地，固體電解質為釔穩定氧化鋯(YSZ)材質的一端封閉的管式結構，內管徑8mm，外管徑15mm，壁厚3.5mm。

本發明公開的電位型CO傳感器的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

A采用等靜壓技術制成YSZ管式固體電解質坯體，在空氣環境中于500~900℃排膠2~4?h后，再放入高溫爐中于1350~1550℃下2~4?h燒結成型，檢驗合格，得到成品固體電解質；