[發明專利]一種電化學氨氣傳感器芯片及其使用方法

在審

• 申請號: 202011297438.2
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112683979A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 苗偉峰;徐斌;張文振;孔德方;王夢尋
• 申請（專利權）人: 蘇州禾蘇傳感器科技有限公司
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種電化學氨氣傳感器芯片，其特征在于，該氨氣傳感器芯片整體為片狀氨氣傳感器芯片，該氨氣傳感器芯片從上到下依次包括有第一固體電解質層、第二固體電解質層、第三固體電解質層、第四固體電解質層和第五固體電解質層，第一固體電解質層上面有開口一處，開口一處內部嵌裝有擴散障一，所述第二固體電解質層整體位于第一固體電解質層和第三固體電解質層之間，第二固體電解質層上面有氣體室一、氣體室二和氣體室三，所述氣體室一和氣體室二之間有擴散障二，氣體室二和氣體室三之間有擴散障三，所述氣體室一內的上頂面和下底面處都有第一輔助電極，氣體室二內的上頂面和下底面處都有第二輔助電極，氣體室三內的上頂面和下底面處都有測量電極，所述第四固體電解質層整體位于第三固體電解質層和第五固體電解質層之間，第四固體電解質層的側面有參比氣體通道，所述參比氣體通道內的上頂面有參比電極。

2.根據權利要求1所述一種電化學氣體傳感器芯片，其特征在于所述該氨氣傳感器芯片從上到下依次包括有第一固體電解質層、第二固體電解質層、第三固體電解質層、第四固體電解質層和第五固體電解質層，所述第一固體電解質層、第二固體電解質層、第三固體電解質層、第四固體電解質層和第五固體電解質層都由含釔穩定氧化鋯納米粉體制作而成；

所述第一固體電解質層、第二固體電解質層、第三固體電解質層、第四固體電解質層和第五固體電解質層，都由圣戈班5Y-ZrO2粉體、PVB粘結劑和溶劑丁酮，混合后經過球磨96小時，然后脫泡流延制作成生胚第一固體電解質層、第二固體電解質層、第三固體電解質層、第四固體電解質層和第五固體電解質層，在生胚第一固體電解質層、第二固體電解質層、第三固體電解質層相應位置，通過絲網篩印上相應的第一輔助電極、第二輔助電極、測量電極和參比電極，將絲網篩印完成后的第一固體電解質層、第二固體電解質層、第三固體電解質層，和第四固體電解質層、第五固體電解質層生胚從上到下依次疊壓合粘結后，從上到下依次疊壓合粘結后，燒結制成，所述燒結溫度為1520℃±10℃。

3.根據權利要求1所述一種電化學氣體傳感器芯片，其特征在于所述擴散障一、擴散障二和擴散障三都由氧化鋁粉末和圣戈班5Y-ZrO2粉體組成，所述擴散障一、擴散障二和擴散障三都為多微孔擴散障。

4.根據權利要求1所述一種電化學氣體傳感器芯片，其特征在于所述第一輔助電極、第二輔助電極和測量電極都由催化活性材料銠或鉑銠合金制成。

5.根據權利要求1所述一種電化學氣體傳感器芯片，其特征在于所述參比電極由催化活性材料鉑制成。

6.根據權利要求1至5任一所述的一種電化學氣體傳感器芯片，其特征在于所述擴散障一整體嵌裝在第一固體電解質層上面的開口一處內部，擴散障一位于氣體室一上頂面第一輔助電極的上面。

7.根據權利要求2或3所述一種電化學氣體傳感器芯片，其特征在于所述圣戈班5Y-ZrO2粉體由法國圣戈班公司生產，PVB粘結劑由洛陽碩然化工產品有限公司生產，溶劑丁酮由江蘇嘉松化工有限公司生產，氧化鋁粉末由浙江九鵬新材料有限公司生產。

8.根據權利要求1所述的一種電化學氣體傳感器芯片使用方法，其特征在于所述氨氣傳感器芯片的使用方法為：氣體室三內的測量電極的左側，氣體室一和氣體室二內分別有第一輔助電極和第二輔助電極，通過第一固體電解質層上開口一處的擴散障一，流入的氣體混合物，該氣體混合物中的氮氧化物和氧氣，被氣體室一內的第一輔助電極還原去除，該氣體混合物中的氨氣，被氣體室二內的第二輔助電極氧化為氮氧化物，被氣體室二內的第二輔助電極氧化產生的氮氧化物，流入氣體室三內，被氣體室三內的測量電極還原，將此過程中氨氣氧化形成的氮氧化物，轉化為被還原的電勢施加到位于氣體室三內的測量電極上，通過檢測第二輔助電極和測量電極之間流動的泵電流，并將其用于確定存在于氣體混合物中氨氣的濃度。

9.根據權利要求8所述的一種電化學氣體傳感器芯片使用方法，其特征在于所述該氨氣傳感器芯片包括有第一固體電解質層、第二固體電解質層、第三固體電解質層、第四固體電解質層和第五固體電解質層，第四固體電解質層的側面有參比氣體通道，參比氣體通道左側有進氣口，該參比氣體通道的進氣口能夠與空氣接觸，所述第二固體電解質層上面內部有氣體室一、氣體室二和氣體室三，氣體室一和氣體室二之間有擴散障二，氣體室二和氣體室三之間有擴散障三，所述第一固體電解質層上面的開口一處，能夠與待檢測的氣體混合物接觸，所述氣體室一內有第一輔助電極，氣體室二內有第二輔助電極，參比氣體通道內有參比電極，所述第一輔助電極與參比電極形成第一泵電池，第二輔助電極與參比電極形成第二泵電池，第一泵電池能夠在氣體室一內形成氧恒定壓力，所述擴散障一在氣體混合物的擴散方向上，擴散障一整體位于第一輔助電極的上面，第一泵電池和第二泵電池能夠分別在不同的極限電流范圍內運行，所述氣體室三內的測量電極整體位于第一輔助電極第二輔助電極的下游，測量電極與參比電極形成第三泵電池，所述當在第一輔助電極上施加電勢時，該電勢能夠將從擴散障一流入氣體室一內氣體混合物中的氧氣和氮氧化物還原去除，該電勢不能分解氣體混合物中氨氣，氨氣通過擴散障二進入氣體室二中，所述相對于參比電極的電勢，在第一輔助電極上施加的該電勢范圍為-400mV～-800mV；

所述氨氣通過擴散障二進入氣體室二中，在氣體室二中第二輔助電極上施加電勢，該電勢能夠將進入氣體室二氣體混合物中的氨氣被定量氧化為一氧化氮，一氧化氮通過擴散障三進入氣體室三中待測，所述相對于參比電極的電勢，在第二輔助電極上施加的該電勢范圍為100mV～700mV；

所述擴散障一、擴散障二和擴散障三能夠限制不同氣體的流速和流量；

所述一氧化氮通過擴散障三進入氣體室三中，在氣體室三中測量電極上施加電勢，該電勢能夠將進入氣體室三氣體混合物中的一氧化氮被定量還原，同時檢測流向測量電極與參比電極之間第三泵電池的泵電流，以該泵電流表示量度，從第一固體電解質層上開口一處流入的氣體混合物所含有的氨氣濃度，所述相對于參比電極的電勢，在測量電極上施加的該電勢范圍為-100mV～-500mV。