[發(fā)明專利]一種低功耗高靈敏度的固體電解質(zhì)傳感器的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710039309.5
• 申請(qǐng)日: 2017-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN106770584B
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 刁泉;焦明立;曹健;張旺璽;楊凱;任東雪;張彩云;李曉闖;穆學(xué)良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中原工學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N27/407
• 分類號(hào): G01N27/407
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;孫詩雨

本發(fā)明屬于電解質(zhì)傳感器領(lǐng)域，涉及一種低功耗高靈敏度的固體電解質(zhì)傳感器，具體涉及一種低功耗高靈敏度的固體電解質(zhì)傳感器的制備方法。所述電解質(zhì)傳感器包括基板和涂覆有敏感電極和參考電極的固體電解質(zhì)中空纖維，其中基板的一面設(shè)有鉑帶、加熱絲或加熱設(shè)備，基板的另一面涂有第一鉑漿帶和第二鉑漿帶，固體電解質(zhì)中空纖維上設(shè)有敏感電極端和參考電極端，固體電解質(zhì)中空纖維的敏感電極端與第一鉑漿帶相接，固體電解質(zhì)中空纖維的參考電極端與第二鉑漿帶相接；本發(fā)明提高了傳感器的靈敏度，并且這種結(jié)構(gòu)的傳感器可以集成兩種或以上敏感電極，實(shí)現(xiàn)一個(gè)器件同時(shí)檢測幾種氣體的功能，更加方便地測量混合氣體中的多種成份。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電解質(zhì)傳感器領(lǐng)域，涉及一種低功耗高靈敏度的固體電解質(zhì)傳感器，具體涉及一種低功耗高靈敏度的固體電解質(zhì)傳感器的制備方法。

背景技術(shù)

全固態(tài)氣體傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、體小質(zhì)輕、能夠進(jìn)行原位測量和易構(gòu)建傳感網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)，因此備受學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。在全固態(tài)氣體傳感器中，金屬氧化物半導(dǎo)體型和固體電解質(zhì)型具有廣闊的應(yīng)用前景。金屬氧化物半導(dǎo)體型具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、長期穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，但是選擇性、一致性和線性需要改善。固體電解質(zhì)型傳感器除了具有金屬氧化物半導(dǎo)體型傳感器的優(yōu)點(diǎn)外，還具有良好的選擇性、一致性、線性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，所以該類傳感器是目前備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)，也是目前已經(jīng)實(shí)用化的一種傳感器。其中釔穩(wěn)定氧化鋯類氧傳感器被廣泛應(yīng)用于汽車尾氣檢測中。

早期對(duì)于材料的制備受到廣大研究者關(guān)注，大量的金屬氧化物材料被研究如：LaCoO₃, ZnFe₂O₄, NiCr₂O₄, ZnCr₂O₄, WO₃, NiO, SnO₂, La_0.8Sr_0.2FeO₃等；除了選擇合適的敏感電極材料外，提高傳感器靈敏度可以通過提高YSZ（釔穩(wěn)定氧化鋯）基材的導(dǎo)電率，三相界面處電極與電解質(zhì)的粘結(jié)度，電極層的多孔性等幾個(gè)方面。如吉林大學(xué)的盧革宇小組即通過氫氟酸腐蝕的方法增加YSZ基板的粗糙度來提高三相界面的面積，從而有效地提高傳感器的靈敏度。傳統(tǒng)的固體電解質(zhì)類型的傳感器一般都是單一平板型或圓柱狀。這類傳感器需要在高溫下(700-800^oC)工作,在500^oC以下的工作溫度靈敏度偏低，高溫不僅需要高的功耗，同時(shí)又降低了傳感器的易用性。因此，提高響應(yīng)的靈敏度和降低傳感器的功耗更有助于這類傳感器的應(yīng)用。

隨著微納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，越來越多的基于微納米材料的傳感器被開發(fā)出來，工作溫度處于500^oC及以下的中低溫區(qū)。這類材料超高的比表面積，有利于提高三相界面反應(yīng)位點(diǎn)，如CeO₂，LSM微納米纖維已經(jīng)被制備出來，表現(xiàn)出較好的低溫導(dǎo)電性能。但是目前常用的傳感器件主要是平板型和管式，需要較高的工作溫度，同時(shí)也不利于進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決常用的傳感器件主要是平板型和管式，需要較高的工作溫度，不利于進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)的技術(shù)難題，公開了一種低功耗高靈敏度的固體電解質(zhì)傳感器的制備方法。

為解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本方法創(chuàng)新地改進(jìn)了YSZ基固體電解質(zhì)型傳感器的結(jié)構(gòu)，采用相轉(zhuǎn)換法制備YSZ中空微納米厚度的纖維管替代傳統(tǒng)的平板或管式Y(jié)SZ基材，用多根中空YSZ微納米管并列排布的形式將單一的敏感單元集成，增大敏感電極的面積。