[發明專利]一種參考電極支撐的氮氧傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201410654366.0
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN105675690B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 占忠亮;簡家文;鄒杰;李軍良
• 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
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種參考電極支撐的氮氧傳感器及其制備方法，所述氮氧傳感器包括參考電極層、敏感電極層，以及位于所述參考電極層和敏感電極層之間的固體電解質層。

技術領域

本發明屬于氣體傳感器領域，具體涉及一種混合電位型氮氧傳感器及其制備方法。

背景技術

現有的氮氧傳感器可分為電流型、混合電位型和交流阻抗型，三種傳感器的結構類似，包括敏感電極層，固體電解質支撐層，參考電極層；電流型在外加電流下工作，工作壽命短，并且需要制作成多腔結構，結構復雜；傳統混合電極型傳感器使用了貴金屬鉑作為參考電極，鉑電極是優良的催化劑，對氮氧化物具有一定的催化作用，所產生的響應電勢與敏感電極產生的響應電勢相互抵消，削弱了傳感器的響應輸出電壓，并且其固體電解質層較厚，使得傳感器的響應時間較長；交流阻抗型信號測量復雜，并且信號不穩定。

在《具有LSM致密擴散障礙層的片式極限電流型氧傳感器》(夏暉等，載于＜無機材料學報＞第19卷第2期，2004年3月)一文中公開了一種氧傳感器，該文中的氧傳感器采用LSM作為參考電極層，然而該LSM層為致密結構，且固體電解質層的厚度達到1mm，因而氧傳感器的性能受限，且電解質層無法實現進一步薄層化。

因此，該領域迫切需要一種性能優異、結構簡單、成本低廉的氮氧傳感器。

發明內容

本發明旨在克服現有氮氧傳感器制造成本高、性能不穩定的缺陷，本發明提供了一種混合電位型氮氧傳感器及其制備方法。

本發明提供了一種參考電極支撐的氮氧傳感器，所述氮氧傳感器包括參考電極層、敏感電極層，以及位于所述參考電極層和敏感電極層之間的固體電解質層，其中，所述固體電解質層為厚度為10～100μm的氧化鋯基陶瓷薄層、氧化鈰基陶瓷薄層或鑭鍶鎵鎂基陶瓷薄層，所述參考電極層為厚度為0.1～1mm(厚度優選0.2-1mm)的錳酸鍶鑭(LSM)多孔陶瓷層、鐵酸鍶鑭(LSF)多孔陶瓷層或鐵酸鑭多孔陶瓷層，所述參考電極層的厚度大于所述固體電解質層的厚度，所述敏感電極層為1～100μm的錳酸鍶鑭(LSM)多孔陶瓷層、鐵酸鍶鑭(LSF)多孔陶瓷層或鐵酸鑭多孔陶瓷層或者鉑、金、銠等貴金屬多孔薄膜層。

本發明提供了一種多孔參考電極支撐，使電解質層薄膜化，使用氧化物陶瓷材料代替了貴金屬鉑作為參考電極，既降低材料成本又提高了傳感器的響應時間，同時還可提高響應輸出電壓水平。

較佳地，所述參考電極層的孔隙率為30-60％。

較佳地，所述敏感電極層為厚度為5-30μm的錳酸鍶鑭(LSM)多孔陶瓷層、鐵酸鍶鑭(LSF)多孔陶瓷層或鐵酸鑭多孔陶瓷層、多孔金屬鉑層。

較佳地，所述氮氧傳感器還包括分別與敏感電極層和參考電極層連接的正集電極和負集電極。

又，本發明還提供了一種上述氮氧傳感器的制備方法，所述方法包括：

1)將參考電極層組成粉體、造孔劑與有機溶劑混合并加入分散劑、粘結劑、增塑劑配制成漿料；在球磨機中混合球磨；將配好的漿料進行抽真空處理，去除漿料中的空氣；經流延成型得到多孔參考電極層襯底生坯，其中參考電極層組成粉體為錳酸鍶鑭粉體、鐵酸鍶鑭粉體或鐵酸鑭粉體；

2)將固體電解質層組成粉體與有機溶劑混合并加入分散劑、粘結劑、增塑劑配制成漿料；在球磨機中混合球磨；將配好的漿料進行抽真空處理，去除漿料中的空氣；經流延成型得到致密固體電解質生坯，其中固體電解質層組成粉體氧化鋯基粉體、氧化鈰基粉體或鑭鍶鎵鎂基粉體；

3)將長寬一致的多孔參考電極層襯底生坯與致密固體電解質生坯整齊疊放；置于塑料真空袋中密封；在溫等靜壓機中壓制成參考電極支撐氮氧傳感器基體；