[發(fā)明專利]一種多氣體傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910362321.9
• 申請(qǐng)日: 2019-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110044989B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔靖博;胡強(qiáng);劉興勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川輕化工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/407
• 分類號(hào): G01N27/407;G01N27/409;G01N27/416
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李媛;張先蕓

本發(fā)明公開(kāi)了一種多氣體傳感器及其制備方法，包括感測(cè)電極層、固體電解質(zhì)層、內(nèi)參比電極層和密封層。感測(cè)電極層至少包括兩個(gè)間隔設(shè)置排列成行的感測(cè)電極，內(nèi)參比電極層至少分布設(shè)置一個(gè)內(nèi)參比電極，感測(cè)電極與內(nèi)參比電極被所述固體電解質(zhì)層隔離，分布于固體電解質(zhì)層的對(duì)側(cè)，所述內(nèi)參比電極為復(fù)合電極，相互之間協(xié)同配伍，不僅將電極的反應(yīng)場(chǎng)所從二維平面擴(kuò)展至內(nèi)參比電極整個(gè)三維空間，大大提高了響應(yīng)效率，而且將高熔點(diǎn)氧化物分散在整個(gè)內(nèi)參比電極內(nèi)，抑制金屬顆粒的長(zhǎng)大，并且該復(fù)合電極產(chǎn)生的平衡氧濃度很低，提高了其靈敏度和準(zhǔn)確度。本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，進(jìn)一步提高響應(yīng)速度，降低運(yùn)行能耗，擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體檢測(cè)傳感器的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多氣體傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

氣體傳感器是燃燒控制、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)、人身和職業(yè)安全防護(hù)、工業(yè)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保控制的核心器件，在醫(yī)療、家用電子、環(huán)保、石化、機(jī)動(dòng)車(chē)和工業(yè)設(shè)備中都有廣泛的應(yīng)用。例如氧傳感器通過(guò)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣和燃料比例的控制，使空燃比保持在最佳配比點(diǎn)附近的狹窄區(qū)域內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)燃料的高效率利用和污染物的最低排放。隨著各國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，以及燃料化學(xué)組分的多樣性，越來(lái)越多的氣體傳感器，如氮氧化物(NOx)，硫氧化物(SOx)和二氧化碳(CO₂)等傳感器被應(yīng)用于燃燒和排放的自動(dòng)控制解決方案以及大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)。

通常，基于化學(xué)光譜、質(zhì)譜、激光等原理的氣體傳感器由于成本高昂、使用維護(hù)困難等原因并不能被大量應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程中的自動(dòng)檢測(cè)控制。以氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)為電解質(zhì)的電化學(xué)氣體傳感器具有很好的抗熱震性和化學(xué)穩(wěn)定性，且成本低，是市場(chǎng)主流產(chǎn)品。氧化鋯氧傳感器是氣體傳感器的主要產(chǎn)品，其主要元件由參比電極、感測(cè)電極以及參比電極與感測(cè)電極間的電解質(zhì)構(gòu)成。但目前，市場(chǎng)上的氧傳感器參比電極側(cè)需用已知氧濃度的空氣作為參比氣體，因此傳感器設(shè)計(jì)中需構(gòu)造空氣引入通道，造成傳感器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積笨拙，導(dǎo)致傳感器應(yīng)用范圍有限。并且，目前有關(guān)于同時(shí)檢測(cè)多氣體的傳感器還未有報(bào)道。

氧離子導(dǎo)體材料為電解質(zhì)的內(nèi)參比氣體傳感器是以內(nèi)參比電極中金屬/金屬氧化物 (M/MO)產(chǎn)生的平衡氧分壓作為參比氧分壓的一類傳感器，其工作原理符合能斯特方程。根據(jù)吉布斯相律，共存的二元金屬及其氧化物M/MO在一定的溫度下可以提供一個(gè)確定的平衡氧濃度，該平衡氧濃度只與溫度相關(guān)，因此只要溫度恒定，由M/MO二元混合物產(chǎn)生的平衡氧濃度就能通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算確定。用由該二元混合物(M/MO)構(gòu)成的內(nèi)參比電極代替空氣參比電極有利于進(jìn)一步緊湊傳感器的結(jié)構(gòu)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種多氣體傳感器及其制備方法，解決現(xiàn)有傳感器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積笨拙及其不能同時(shí)對(duì)多氣體進(jìn)行檢測(cè)的問(wèn)題，導(dǎo)致氣體傳感器應(yīng)用范圍受限。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種多氣體傳感器，包括感測(cè)電極層、固體電解質(zhì)層、內(nèi)參比電極層和密封層；

所述感測(cè)電極層至少包括兩個(gè)間隔設(shè)置排列成行的感測(cè)電極，所述各個(gè)感測(cè)電極對(duì)應(yīng)設(shè)置有感測(cè)電極集流層和感測(cè)電極導(dǎo)線引腳，所述感測(cè)電極導(dǎo)線引腳的一端通過(guò)引線與對(duì)應(yīng)位置上的感測(cè)電極集流層連接，另一端通過(guò)引線向所述傳感器外延伸形成引出端，所述感測(cè)電極集流層用于收集感測(cè)電極產(chǎn)生的電信號(hào)；

所述固體電解質(zhì)層至少包括一層電解質(zhì)，所述感測(cè)電極與所述內(nèi)參比電極被所述固體電解質(zhì)層隔離，分布于所述固體電解質(zhì)層的對(duì)側(cè)；

所述內(nèi)參比電極層至少分布設(shè)置一個(gè)內(nèi)參比電極，所述各個(gè)內(nèi)參比電極對(duì)應(yīng)設(shè)置有內(nèi)參比電極集流層和內(nèi)參比電極導(dǎo)線引腳，所述內(nèi)參比電極導(dǎo)線引腳一端通過(guò)引線與內(nèi)參比電極集流層連接，另一端通過(guò)引線穿過(guò)密封層向外延伸形成引出端，所述內(nèi)參比電極集流層用于收集內(nèi)參比電極產(chǎn)生的電信號(hào)；

所述固體電解質(zhì)層在所述內(nèi)參比電極側(cè)的表面上還設(shè)置有密封層，使所述內(nèi)參比電極置于密封層內(nèi)，用于密封內(nèi)參比電極并與外界無(wú)可察覺(jué)的氣體交換；所述內(nèi)參比電極包括二元混合物M/MO；