专利名称：全固态二氧化碳电化学传感器的制作方法
技术领域：
电子信息产业--传感技术
背景技术：
目前国内外对CO2气体通常采用的是气相色谱仪分析，红外检测。这些方法通常设备较大，只能够在试验室使用，精度较高但价格昂贵。目前能作为携带式CO2气体检测仪器，只有热导式、光学方法(光干涉原理)和半导体敏感元件。半导体传感器由于其选择性太低，技术还不够成熟；热导和光学方法检测CO2气体，目前都是采用化学药品过滤CO2的方法进行检测，以这两种传统方法制成的仪器，主要缺陷是操作复杂，检测精度低，很难满足用户使用要求。用化学药品方法过滤CO2，不仅药品需经常更换，也会在过滤CO2的同时把其它的部分气体吸收(如水蒸气)，造成较大的检测误差。
传统的CO2电化学传感器，是将CO2的浓度(或分压)，通过电化学方式将反应的化学信号变成电信号的一类化学传感器。CO2因其结构特别稳定，在水溶液中电解还原时，存在着严重的氢干扰。因而传统的CO2电化学传感器一般采用间接的PH值电极法，通过测量溶液的PH值推算CO2的浓度。但这种电化学传感器的主要问题在于PH电极易受各种酸碱气体的干扰，且响应时间较长(通常为60秒)。此种PH电极CO2传感器20世纪七十年代初已商品化，目前有关的研究侧重在改进结构，加快响应等方面，基本上无突破性进展。
另一类电化学CO2传感器，即所谓非质子溶剂电流型CO2传感器。它虽然避开了氢干扰问题，但由于O2比CO2更易还原，因而氧干扰是这种传感器面临的主要问题。加之这类传感器反应机理复杂，以及在实际体系中湿度的影响，因而尚未开发出有较高实用价值的此类型CO2传感器。这些技术瓶颈的存在，是造成目前市场上还没有成熟的便携式CO2气体检测仪器的原因。
本发明人自1987年起便开始了固体聚合物电解质(SPE-Solid Polymer Electrolyte)作为气体传感器中用做气敏防水电极的研究，先后在国内外有关学术刊物上发表论文多篇，并先后开发成功国家“九五”科技攻关项目子课题“SPE/CO和SPE/O2传感器”、以及进行了SPE/H2S传感器和复合式固态电化学O2/CO/NOX等多种复合式固态电化学气体检测传感器的研究，这些研究均已取得实质性科研成果，其中的大部分已进入产品领域。

发明内容
本发明的主要内容是采用了固体聚合物电解质(Solid Polymer Electrolyte---SPE)取代传统的流动电解质溶液，以独创的SPE气体电极作为CO2敏感电极，气相CO2经SPE--CO2电极定电势吸附后，通过电势防跃法进行吸附态CO2的氧化脱附，再通过一定的条件控制，使吸附态CO2在电极上的氧化脱附电量与样气中的CO2浓度成线性关系，从而达到直接测定气相中CO2浓度的目的。
具体实施例方式本发明CO2传感器主要由传感器蓖片、纤维透气膜(5)、玻璃纤维吸水膜(7)、高效吸水剂(8)、传感器壳体(1)和传感器封装盖(6)等组成。传感器蓖片上的工作电极(9)一侧与样气相通，辅助电极(2)、参考电极(10)在传感器蓖片的另一侧，并与大气相通。经酸处理后的玻璃纤维吸水膜(7)、高效吸水剂(8)与辅助电极(2)及参考电极(10)相邻。
传感器蓖片是以全氟磺酸阳离子交换膜<SPE膜>(3)取代传统的流动电解质溶液，以贵金属粉末用聚四氟乙烯粘接的防水催化剂膜作为电极，工作电极(9)、辅助电极(2)、参考电极(10)与SPE膜(3)通过热压结合成传感器蓖片。三个电极上分别有导线引出。
该CO2传感器采用电势阶跃阳极剥离技术，所测吸附态CO2的氧化电量与样气中的CO2浓度成正比(适用于0～40％ CO2范围)1.传感器蓖片制备按公知的化学还原方法制备贵金属催化剂粉末及防水催化剂膜(其贵金属可以是Pt也可以是Pd等)。裁取防水催化剂膜，其园直径分别为Φ＝8mm，Φ＝5mm，Φ＝3mm。裁取SPE膜其直径Φ＝16mm，在蒸馏水中将SPE膜煮沸1小时，然后将上述三片不同尺寸的防水催化剂膜按附图所示的位置及排列方式热压在SPE膜上，分别作为工作电极(9)，辅助电极(2)和参考电极(10)。
2.装配工艺先裁取玻璃纤维吸水膜(7)和高效吸水剂膜(8)各一片，其大小与传感器外壳(1) 匹配，经酸处理后放入传感器底部，然后在其上放入传感器蓖片，在此蓖片上放入纤维透气膜(5)，最后将传感器外壳(1)的封装盖(6)旋紧使之固定。


1.传感器壳体2.辅助电极3.SPE膜4.U型固封圈5.纤维透气膜6.传感器封装盖7.玻璃纤维吸水膜8.高效吸水剂9.工作电极10.参考电极11.参考电极引出线12.工作电极引出线13.辅助电极引出线
权利要求
本发明公开了一种固体聚合物电解质(SPE)二氧化碳传感器，其特征在于它主要由工作电极(9)、固体聚合物电解质<SPE膜>(3)、辅助电极(2)、参考电极(10)和传感器封装盖(6)，保湿材料(7、8)、传感器壳体(1)、纤维透气膜(5)等构成。其中传感器芯片是以固体聚合物作为电解质，以贵金属粉末用粘合剂粘接的防水催化剂膜作为工作电极(9)、辅助电极(2)、参考电极(10)，固体聚合物电解质膜(3)与电极通过热压结合成一体，传感器封装盖(6)上有小气孔使传感器工作电极与大气环境相通。与传统的二氧化碳电化学传感器相比，它是一种不含流动电解质溶液，也不含蓄水槽的全固态、电解电流型、采用阳极剥离技术的聚合物电解质二氧化碳电化学传感器。
全文摘要
本发明的主要内容是采用了固体聚合物电解质(Solid Polymer Electrolyte－SPE)取代传统的流动电解质溶液，以独创的SPE气体电极作为CO
文档编号G01N27/407GK1667407SQ20041002644
公开日2005年9月14日 申请日期2004年3月11日 优先权日2004年3月11日
发明者严河清 申请人:广州市中敏仪器有限公司