[發(fā)明專利]致密擴散層極限電流型氧傳感器的制備方法

在審

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• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113063832A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 王相南;董一航;韓野;丁建旭;姚樹玉
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N27/409
• 分類號: G01N27/409
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發(fā)明涉及一種致密擴散層極限電流型氧傳感器的制備方法，所述方法包括：分別單獨制備固體電解質層和致密擴散層；在固體電解質層的下表面涂覆Pt漿膜以形成陽極，在致密擴散層的上表面涂覆Pt漿膜以形成陰極，在致密擴散層的厚度方向上側面涂覆Pt漿條與陰極電連接；將固體電解質層和致密擴散層疊置組合并采用Pt漿粘接，共燒，得到雙層結構體，將雙層結構體的四周側面用耐高溫材料密封。在致密擴散層厚度方向側面上涂刷Pt漿條與上表面的Pt漿連接，可顯著改善致密擴散層的電子電導率，有利于提高氧傳感器的性能，拓寬作為致密擴散層材料的選擇范圍、傳感器結構更加穩(wěn)定、克服震蕩等苛刻條件。此外，本發(fā)明工藝非常簡單易操作、成本低、時間短，成功率高。

技術領域

本發(fā)明涉及氧傳感器技術領域，尤其是一種致密擴散層極限電流型氧傳感器的制備方法。

背景技術

致密擴散障礙層極限電流型氧傳感器作為一類新型氧傳感器，近年來獲得了突飛猛進的發(fā)展，對它的研究已成為熱點，其剖面結構示意圖如圖1所示，其主要包括由致密擴散層11和固體電解質層12所組合的雙層結構，在測定氧濃度時，該雙層結構連接在外電壓13的兩端，電路上串聯電流表14。通過增加該外電壓值，得到一系列電流值，直到電流達到飽和(電流不再隨外電壓值增加而增大)，形成極限電流，該極限電流反應氧濃度。連接外電壓13時，電源負極端與致密擴散層11(表面有鉑電極)連接，電源正極端與固體電解質層12(表面有鉑電極)連接。該雙層結構的四周側面被玻璃粉或玻璃釉等材料15密封，使致密擴散層的外表面可與被測環(huán)境接觸。氧分子在致密擴散層材料的催化作用下變?yōu)槲窖酰谥旅軘U散層的表面變成氧離子，并在氧濃度化學式梯度的推動下，氧離子由致密擴散層的表面擴散至“致密擴散層和固體電解質層”的界面處，而后在外加電場的推動下，通過固體電解質層中的氧空穴缺陷遷移到陽極，氧離子又在陽極釋放電子變成氧分子。

目前，用作致密擴散層的材料主要是混合導體材料，其所具有的高離子導電率和電子導電率，可以保證氧傳感器具有高靈敏度等優(yōu)良性能。但混合導體材料與固體電解質材料屬于物化性質差異較大的材料，容易在生產和應用中因兩種材料的膨脹率差異出現裂紋、甚至導致外部起密封作用的玻璃釉裂開，使傳感器失效。如傳統(tǒng)的制備方法包括共壓共燒結法，即在模具中填充固體電解質粉料和致密擴散材料共壓成素坯，再共同高溫燒結得到。在燒結過程中，燒結體易因熱膨脹系數及燒結收縮率不匹配而出現裂紋。于是，考慮到匹配性，有研究人員提出使用固體電解質制作致密擴散層，這種致密擴散層可與固體電解質層結合強度高，可形成緊密連接體。但是，由于固體電解質不具有電子電導性，會在致密擴散層內形成很大的電勢梯度阻礙氧離子移動，傳感器不能使用或靈敏度極差。為了使“固體電解質”制作的致密擴散層具有電子電導率，有研究人員提出在材料中摻入一定量的高電子導電率的材料粉末(如貴金屬粉)壓合制作致密擴散層，但是摻入量非常難以控制，摻入量過高將阻礙氧離子移動、摻入量過少內部無法形成連續(xù)的電子導體，效果很不理想。同時，摻入組分與固體電解質材料之間同樣會因匹配性差等原因導致致密層不夠致密、影響傳感器性能。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于現有技術的上述缺點、不足，本發(fā)明提供一種致密擴散層極限電流型氧傳感器的制備方法，可以提高致密擴散層的電子電導率，使致密擴散層的材料選擇范圍更寬，可解決致密擴散層與固體電介質層間材料匹配性并兼顧致密擴散層高電子電導率的問題，適于大規(guī)模生產。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術方案包括：

第一方面，本發(fā)明提供一種致密擴散層極限電流型氧傳感器的制備方法，其方法包括：分別單獨制備固體電解質層和致密擴散層；

在固體電解質層的下表面涂覆Pt漿膜以形成陽極，在致密擴散層的上表面涂覆Pt漿膜以形成陰極，同時在致密擴散層的厚度方向上側面涂覆Pt漿條，以與致密擴散層的上表面的陰極電性連接；

將固體電解質層和致密擴散層疊置組合并采用Pt漿粘接，共燒，得到雙層結構體，將所述雙層結構體的周側面用耐高溫材料密封。