专利名称：一种固体电解质的电流型NO₂传感器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种NO2传感器，特别是用于NO2浓度测量控制的一种电流型NO2传感器，具体地说是ー种固体电解质的电流型NO2传感器及其制备方法。
背景技术：
当前固体电解质的化学类NOx传感器由于容易与发动机电子控制燃油喷射系统的其它部件相配合，能完成对汽车尾气中NOx含量简便、快速、实时的检测，所以该类NOx传感器已成为车用NOx传感器的首选。近年来，基于氧化锆基NOx传感器的各种电极材料的开发研究十分活跃，多种器件原型已被制备出来，显示出了很多可取的优点。但传统的YSZ材料要在非常高的温度下才具有较大的氧离子电导率，并且随着温度的降低，电阻急剧增大，因此决定了此类传感器必 须在高温下运行，其工作温度一般在1000°C或更高。而高温环境运行会带来如电极-电解质界面间的有害反应、电极的老化、传感器各部件的热膨胀系数难以匹配、密封难、功耗高等问题。因此人们迫切需要开发ー种在中、低温范围内就具有较高氧离子电导率的电解质材料来取代传统YSZ材料，以保证NO2传感器具有较高的性能，满足人们生产建设的需要。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供在中低温环境中即能实现对NO2气体浓度检测，且灵敏度高，使用方便的ー种固体电解质的电流型NO2传感器及其制备方法。该传感器制备エ艺简单、功耗低具有性能稳定和使用寿命长的特点，并能达到降低传感器操作温度的目的。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为ー种固体电解质的电流型NO2传感器，该传感器包括由LahSrxGahMgyCVs材料烧结制成的致密陶瓷片体结构的LSGM固体电解质基层以及分别设置在该LSGM固体电解质基层上表面和下表面的多孔正集电极层和多孔负集电极层，多孔正集电极层的上表面中心处涂有适量用于收集电荷的钼浆层，多孔正集电极层经钼浆层以及多孔负集电极层分别引出有用于连接电源正负极的正、负电极引线。为优化上述技术方案，采取的措施还包括
上述的多孔正集电极层为含有松油醇和こ基纤维素的NiO电极浆料制作而成。上述的多孔负集电极层的材料为钼。上述的LahSrxGanMgyCVs材料中，所述X和y的取值范围分别为0. I彡x彡0.2，0. I < y < 0. 2。上述的LSGM固体电解质基层的厚度为0. 6mm。上述的多孔正集电极层为敏感电极，多孔负集电极层为參考电扱。本发明还提供了ー种固体电解质的电流型NO2传感器的制备方法，该方法包括以下步骤A、采用公知的流延成型技术将LahSrxGahMgyCVs制成LSGM生瓷片；
B、将上述的LSGM生瓷片在一定温度下经排胶后，放入高温烧结炉中烧结制得致密陶瓷片体的LSGM固体电解质基层；
C、采用厚膜丝网印刷技术将自制的添加了一定的松油醇和こ基纤维素的NiO电极浆料印制在上述的LSGM固体电解质基层的上表面，印制出多孔正集电极层；
D、将上述印制有多孔正集电极层的LSGM固体电解质基层放入干燥箱干燥一段时间后，再送入高温炉中烧结成型，制得传感器半成品坯件；
E、采用厚膜丝网印刷技术将钼浆材料在上述传感器半成品坯件的LSGM固体电解质基层下表面印制出多孔负集电极层，并同时从多孔负集电极层引出负电极引线；
F、在上述印刷有多孔负集电极层的传感器半成品坯件的多孔正集电极层上表面中心部位点涂少许Pt浆，并同时引出正电极引线，制有传感器成品坯件；
G、将上述的传感器成品坯件再次送入高温炉中烧结后，制得本产品。上述的步骤B中的LSGM生瓷片在360°C的温度下排胶22h后，放入1400°C的高温烧结炉中烧结2h。上述的步骤D中干燥箱的温度为80°C经4h烘干后送入1400°C高温炉中烧结2h。上述的步骤G中高温炉的烧结温度为1000°C，时间为lh。与现有技术相比，本发明的传感器采用了新型的中温固体氧离子导体材料La1_xSrxGa1_yMgy03_5作为NO2传感器的固体电解质，取代了传统的氧化锆材料，从而降低了NO2传感器的工作温度，保证了传感器能在较低的温度下工作，大大延长了产品的使用寿命。并且本发明的产品在工作时外加0. 6V I. 2V工作电压，采用測量回路电流信号的大小可检测范围为0 600ppm NO2气体浓度。本发明的优点是结构简单、体积小、性能稳定、測量精度高且反应灵敏，同时还能达到降低传感器操作温度的目的。


图I是本发明的剖面结构示意 图2是本发明的工作原理 图3是本发明在450°C时的I-V工作特性曲线 图4是本发明在450°C时输出电流I和NO2浓度的关系曲线 图5是本发明的时间响应曲线图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例作进ー步详细描述。其中的附图标记为LSGM固体电解质基层I、多孔正集电极层2、多孔负集电极层
3、钼浆层4、电极引线5、电源6、导线7。图I至图5为本发明的结构及工作原理特性、曲线示意图。图I所示，本发明的ー种固体电解质的电流型NO2传感器，该传感器包括由La1_xSrxGa1_yMgy03_5材料烧结制成的致密陶瓷片体结构的LSGM固体电解质基层I以及分别设置在该LSGM固体电解质基层I上表面和下表面的多孔正集电极层2和多孔负集电极层3，多孔正集电极层2的上表面中心处涂有适量用于收集电荷的钼浆层4，多孔正集电极层2经钼浆层4以及多孔负集电极层3分别引出有用于连接电源6正负极的正、负电极引线5。与传统技术相比，本发明的固体电解质采用LahSrxGahyMgyCVs材料制作，La1_xSrxGa1_yMgy03_5 的简写为 LSGMAahSrxGahMgyCVs 材料在中低温 600°C 800°C条件下具有很高的纯氧离子导电性，离子导电率约为YSZ固体电解质的4倍，并且在很宽的氧分压范围(10_2° latm)内为纯的氧离子导体，另外其和许多混合导体材料不仅有很好的化学相容性，而且还有很好的热膨胀匹配性能，因此是作为中低温固体氧离子导体材料中最理想的材料。LahSrxGahMgyCVs材料保证了本发明的传感器能在较低的工作温度中操作，从而避免了传统传感器在高温环境下运行带来的缺陷，大大提高了本 产品的使用寿命。本产品在工作时外加0. 6V I. 2V工作电压，采用测量回路电流信号的大小可检测范围为0 600ppm NO2气体浓度。本发明的优点是采用了 LahSrxGahMgyCVs材料作为NO2传感器的固体电解质，取代了传统的氧化锆材料，降低了 NO2传感器的工作温度，其结构简单、体积小、灵敏度高、并且操作使用方便，适于批量生产。为优化产品性能，提高产品市场竞争力，本发明的多孔正集电极层2为含有松油醇和こ基纤维素的NiO电极浆料制作而成。实施例中，多孔负集电极层3的材料为钼。实施例中，La1_xSrxGa1_yMgy03_5材料中，所述x和y的取值范围分别为0. I ^ X ^ 0. 2,0. I ^ y ^ 0. 20实施例中，本发明的LSGM固体电解质基层I的厚度为0. 6mm。实施例中，多孔正集电极层2为敏感电极，多孔负集电极层3为參考电极。从图I可以看不出，本发明的多孔正集电极层2的电极引线5为正电极引线，用于和电源8的正极相连接，相应地，多孔负集电极层3的电极引线5为负电极引线，用于和电源8的负极相连接。本发明还提供了ー种固体电解质的电流型NO2传感器的制备方法，该方法包括以下步骤
A、采用公知的流延成型技术将LahSrxGahMgyCVs制成LSGM生瓷片；
B、将上述的LSGM生瓷片在一定温度下经排胶后，放入高温烧结炉中烧结制得致密陶瓷片体的LSGM固体电解质基层；
C、采用厚膜丝网印刷技术将自制的添加了一定的松油醇和こ基纤维素的NiO电极浆料印制在上述的LSGM固体电解质基层的上表面，印制出多孔正集电极层；
D、将上述印制有多孔正集电极层的LSGM固体电解质基层放入干燥箱干燥一段时间后，再送入高温炉中烧结成型，制得传感器半成品坯件；
E、采用厚膜丝网印刷技术将钼浆材料在上述传感器半成品坯件的LSGM固体电解质基层下表面印制出多孔负集电极层，并同时从多孔负集电极层引出负电极引线；
F、在上述印刷有多孔负集电极层的传感器半成品坯件的多孔正集电极层上表面中心部位点涂少许Pt浆，并同时引出正电极引线，制有传感器成品坯件；
G、将上述的传感器成品坯件再次送入高温炉中烧结后，制得本产品。上述的步骤B中的LSGM生瓷片在360°C的温度下排胶22h后，放入1400°C的高温烧结炉中烧结2h。上述的步骤D中干燥箱的温度为80°C经4h烘干后送入1400°C高温炉中烧结2h。
上述的步骤G中高温炉的烧结温度为1000°C，时间为lh。本发明的工作原理如图2所示，电源6通过导线7在多孔正集电极层2即敏感电极和多孔负集电极层3即參考电极间施加变化的工作电压，敏感电极接电源6的正极，參考电极接电源6的负极。在此工作电压的作用下，敏感电极和參考电极上将产生如下电化学反应
敏感电极
权利要求
1.ー种固体电解质的电流型NO2传感器，其特征是该传感器包括由La1_xSrxGa1_yMgy03_5材料烧结制成的致密陶瓷片体结构的LSGM固体电解质基层⑴以及分别设置在该LSGM固体电解质基层(I)上表面和下表面的多孔正集电极层(2)和多孔负集电极层(3)，所述多孔正集电极层(2)的上表面中心处涂有适量用于收集电荷的钼浆层(4)，所述的多孔正集电极层⑵经钼浆层⑷以及多孔负集电极层(3)分别引出有用于连接电源(6)正负极的正、负电极引线(5)。
2.根据权利要求I所述的ー种固体电解质的电流型NO2传感器，其特征是所述的多孔正集电极层(2)为含有松油醇和こ基纤维素的NiO电极浆料制作而成。
3.根据权利要求2所述的ー种固体电解质的电流型NO2传感器，其特征是所述的多孔负集电极层(3)的材料为钼。
4.根据权利要求3所述的ー种固体电解质的电流型NO2传感器，其特征是所述的La1_xSrxGa1_yMgy03_5材料中，所述x和y的取值范围分别为0. I彡x彡0. 2，0. I彡y彡0. 2。
5.根据权利要求4所述的ー种固体电解质的电流型NO2传感器，其特征是所述的LSGM固体电解质基层(I)的厚度为0. 6mm。
6.根据权利要求5所述的ー种固体电解质的电流型NO2传感器，其特征是所述的多孔正集电极层⑵为敏感电极，所述的多孔负集电极层⑶为參考电极。
7.ー种实现权利要求I所述的固体电解质的电流型NO2传感器的制备方法，其特征是该方法包括以下步骤 A、采用公知的流延成型技术将LahSrxGahMgyCVs制成LSGM生瓷片； B、将上述的LSGM生瓷片在一定温度下经排胶后，放入高温烧结炉中烧结制得致密陶瓷片体的LSGM固体电解质基层； C、采用厚膜丝网印刷技术将自制的添加了一定的松油醇和こ基纤维素的NiO电极浆料印制在上述的LSGM固体电解质基层的上表面，印制出多孔正集电极层； D、将上述印制有多孔正集电极层的LSGM固体电解质基层放入干燥箱干燥一段时间后，再送入高温炉中烧结成型，制得传感器半成品坯件； E、采用厚膜丝网印刷技术将钼浆材料在上述传感器半成品坯件的LSGM固体电解质基层下表面印制出多孔负集电极层，并同时从多孔负集电极层引出负电极引线； F、在上述印刷有多孔负集电极层的传感器半成品坯件的多孔正集电极层上表面中心部位点涂少许Pt浆，并同时引出正电极引线，制有传感器成品坯件； G、将上述的传感器成品坯件再次送入高温炉中烧结后，制得本产品。
8.根据权利要求7所述的ー种固体电解质的电流型NO2传感器的制备方法，其特征是所述的步骤B中的LSGM生瓷片在360°C的温度下排胶22h后，放入1400°C的高温烧结炉中烧结2h。
9.根据权利要求8所述的ー种固体电解质的电流型NO2传感器的制备方法，其特征是所述的步骤D中干燥箱的温度为80°C经4h烘干后送入1400°C高温炉中烧结2h。
10.根据权利要求9所述的ー种固体电解质的电流型NO2传感器的制备方法，其特征是所述的步骤G中高温炉的烧结温度为1000°C，时间为lh。
全文摘要
本发明公开了一种固体电解质的电流型NO2传感器及其制备方法，该传感器包括由La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ材料烧结制成的致密陶瓷片体结构LSGM固体电解质基层以及分别设置在该LSGM固体电解质基层上表面和下表面的多孔正集电极层和多孔负集电极层，多孔正集电极层的上表面中心处涂有适量用于收集电荷的铂浆层，多孔正集电极层经铂浆层以及多孔负集电极层分别引出有用于连接电源正负极的正负电极引线。本发明采用流延成型技术制备LSGM固体电解质，采用厚膜丝网印刷技术印制成型NiO敏感电极和Pt参考电极并采用烧结方式形成一固定整体。本发明的优点是结构简单、体积小、性能稳定、测量精度高且反应灵敏，同时还能达到降低传感器操作温度的目的。
文档编号G01N27/407GK102866192SQ20121029083
公开日2013年1月9日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者顾媛媛, 简家文, 陈康, 江浩 申请人:宁波大学