一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，其特征在于制備工藝如下：以釔穩(wěn)定氧化鋯粉體、氧化鎢納米粒子為原料，加入溶劑后，加入分散劑、增塑劑、表面活性劑，裝入球磨罐中進(jìn)行球磨，制成懸濁液，球磨至均勻后，向所得懸濁液中加入粘結(jié)劑，繼續(xù)球磨至均勻后，真空除泡，使用流延機(jī)進(jìn)行流延；排膠、切片、燒結(jié)即可。其利用在高溫?zé)Y(jié)過程中氧化鎢的升華特性制備出多孔結(jié)構(gòu)的釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷片，由此制備的陶瓷片在傳感器片芯中，尤其是氧傳感器、NOX傳感器片芯中，構(gòu)成敏感電極，帶來更大的反應(yīng)位點(diǎn)，得到更靈敏的檢測(cè)信號(hào)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，屬于無機(jī)非金屬材 料領(lǐng)域。 一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法

【背景技術(shù)】
[0002] 釔穩(wěn)定氧化鋯材料是一種優(yōu)良的功能材料，在285°C _850°C溫度范圍內(nèi)是氧離子 的良導(dǎo)體，具有很高的離子導(dǎo)電性，人們利用其特性已經(jīng)成功開發(fā)出許多功能器件，如高溫 燃料電池、溫度傳感器、高溫濕度傳感器、氧傳感器、Ν0Χ傳感器等，被廣泛用于國(guó)防科研、交 通運(yùn)輸、冶金化工、醫(yī)療環(huán)保、食品釀造、民用家電等領(lǐng)域。尤其是在氧傳感器和Ν0Χ傳感器 的研究和應(yīng)用方面表現(xiàn)的最為活躍。
[0003] 通常組成氧傳感器檢測(cè)元件片芯的材料為燒結(jié)后致密度較高的釔穩(wěn)定氧化鋯固 體電解質(zhì)材料，催化電極和參比電極通過共燒結(jié)與固體電解質(zhì)基體緊密結(jié)合。此類傳感器 的檢測(cè)原理是基于三相界面處發(fā)生的氧化還原反應(yīng)帶來電荷轉(zhuǎn)移而引起響應(yīng)信號(hào)。三相界 面是指由固體電解質(zhì)、敏感材料、待測(cè)氣體三者所形成的界面，由此可見，通過將密實(shí)的固 體電解質(zhì)基材制成多孔材料，并與電極材料混合制備敏感電極不僅可以提1?電極與基底的 結(jié)合力，由能提高電極的比表面積，使有限面積內(nèi)三相界面面積增加，為電化學(xué)反應(yīng)提供更 多的活性位點(diǎn)從而得到更強(qiáng)的信號(hào)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于提供一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，并使之應(yīng) 用于氧傳感器和Ν0Χ傳感器，得到更靈敏的響應(yīng)信號(hào)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方 法，其特征在于制備工藝如下： (1) 以釔穩(wěn)定氧化鋯粉體、氧化鎢納米粒子為原料，加入溶劑后，加入分散劑、增塑劑、 表面活性劑，裝入球磨罐中進(jìn)行球磨，制成懸濁液，其中固相和溶劑質(zhì)量比為1/ΚΓ10/1，分 散劑占固相質(zhì)量的(Γ3%，增塑劑占固相質(zhì)量的(Γ5%，表面活性劑占固相質(zhì)量的(Γ2% ; (2) 球磨至均勻后，向步驟（1)所得懸濁液中加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑占固相總質(zhì)量的 3%?10%，繼續(xù)球磨4-48h ; (3) 將步驟（2)所得產(chǎn)物球磨至均勻后，真空除泡，使用流延機(jī)進(jìn)行流延； (4) 排膠、切片、燒結(jié)，所得多孔釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷片。
[0006] 所述步驟（1)中的釔穩(wěn)定氧化鋯粉體材料為部分穩(wěn)定氧化鋯（5Y或8Y中的一種)， 粒徑 l-1000nm。
[0007] 所述步驟（1)中的氧化鶴納米粒子粒徑為l-1000nm。
[0008] 所述步驟（1)中的懸濁液的制備方法如下：在10°C -50°c條件下，加入釔穩(wěn)定氧化 鋯粉體、氧化物納米粒子、溶劑，其總量比調(diào)節(jié)為：99 :1 :100(Γ8 :2 :5，，隨后加入分散劑、增 塑劑、表面活性劑，在l〇°C -50°C條件下球磨4-48小時(shí)，球磨轉(zhuǎn)速100-800r/min，得到穩(wěn)定 的懸濁液。
[0009] 所述步驟（1)的溶劑為醇溶劑，具體為乙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇中的一種或兩 種，與固體粉體總質(zhì)量比為1/10-10/1。
[0010] 所述步驟（1)中的分散劑為三乙醇胺，占固體總質(zhì)量0-3%。
[0011] 所述步驟（1)中的增塑為鄰苯二甲酸二乙酯或鄰苯二甲酸二丁酯中的一種，占固 體總質(zhì)量0-5%。
[0012] 所述步驟（1)中的表面活性劑為司盤85,占固體總質(zhì)量0-2%。
[0013] 所述步驟（2)中的粘結(jié)劑為可溶于醇的，同時(shí)可隨溶劑脫除而發(fā)生分子交聯(lián)反應(yīng) 的高分子聚合物，包括聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚乙二醇PEG、聚氯乙烯PVC、聚乙烯醇縮丁醛 PVB、聚苯乙烯PS等聚合物中的一種或兩種，占固體總質(zhì)量39Γ10%。
[0014] 所述步驟（4)中的排膠溫度為50°C ~450°C ;其燒結(jié)方法為程序控溫?zé)Y(jié)，即從室 溫開始，以 〇· l°c /min-3°c / min 的速率升至 300°C -400°c，停留 lh-4h，再以 0· 5°C /min 升至600°C并保持3h，再以0. 1°C /min-l°C /min升至950°C并保持3h，最后以0. 1°C / min -0. 5°C / min升溫至1500°C并保持2-3h，最后自然降溫至室溫。
[0015] 本發(fā)明的積極效果是可通過改變納米氧化鎢的粒徑大小、質(zhì)量比、粒徑分布，從而 得到可調(diào)節(jié)孔徑、孔隙率、孔徑分布的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為多孔釔穩(wěn)定氧化鋯XRD譜。
[0017] 圖2為多孔釔穩(wěn)定氧化鋯SEM電鏡照片。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述：實(shí)施例給出了大量具體的細(xì)節(jié) 以便提供對(duì)本發(fā)明更為深刻的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明 可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。
[0019] 實(shí)施例1 取95g 50nm紀(jì)穩(wěn)定氧化锫粉體、5g 20nm氧化鶴納米粒子為原料，加入乙醇25ml，異 丙醇50ml，加入分散劑三乙醇胺2g、增塑劑鄰苯二甲酸二乙酯5g、表面活性劑司盤85 lg， 裝入球磨罐中進(jìn)行球磨，制成懸濁液；球磨24h至均勻后，向所得懸濁液中加入粘結(jié)劑PVB 6g，繼續(xù)球磨24h ;所得產(chǎn)物球磨至均勻后，真空除泡，使用流延機(jī)進(jìn)行流延；干燥后100°C 排膠12h、切片，燒結(jié)條件從室溫開始，以1 °C / min的速率升至400°C，停留4h，再以0. 5°C / min升至600°C并保持3h，再以0. 5°C /min升至950°C并保持3h，最后以1°C / min升溫至 1500°C并保持3h，最后自然降溫至室溫。所得多孔釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷片。
[0020] 實(shí)施例2 取90g釔穩(wěn)定氧化鋯粉體、10g氧化鎢納米粒子為原料，加入乙醇25ml，正丁醇40ml， 加入分散劑三乙醇胺2. 5g、增塑劑鄰苯二甲酸二乙酯6g，裝入球磨罐中進(jìn)行球磨，制成懸 濁液；球磨24h至均勻后，向所得懸濁液中加入粘結(jié)劑PVB 7g，繼續(xù)球磨24h ;所得產(chǎn)物球 磨至均勻后，真空除泡，使用流延機(jī)進(jìn)行流延；干燥后l〇(TC排膠12h、切片，燒結(jié)條件從室 溫開始，以1°C / min的速率升至350°C，停留4h，再以0. 5°C /min升至600°C并保持3h，再 以0. 5°C /min升至950°C并保持3h，最后以1°C / min升溫至1500°C并保持3h，最后自然 降溫至室溫。所得多孔釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷片。
[0021] 實(shí)施例3 取95g 100nm紀(jì)穩(wěn)定氧化锫粉體、5g 100nm氧化鶴納米粒子為原料，加入乙醇25ml，叔 丁醇60ml，加入分散劑三乙醇胺2g、增塑劑鄰苯二甲酸二乙酯6g、表面活性劑司盤85 lg， 裝入球磨罐中進(jìn)行球磨，制成懸濁液；球磨24h至均勻后，向所得懸濁液中加入粘結(jié)劑PVB 7g，繼續(xù)球磨48h ;所得產(chǎn)物球磨至均勻后，真空除泡，使用流延機(jī)進(jìn)行流延；干燥后120°C 排膠l〇h、切片，燒結(jié)條件從室溫開始，以1 °C / min的速率升至400°C，停留4h，再以0. 5°C / min升至600°C并保持3h，再以0. 5°C /min升至950°C并保持3h，最后以1°C / min升溫至 1500°C并保持3h，最后自然降溫至室溫。所得多孔釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷片。
[0022] 實(shí)施例4 取90g lOOnm紀(jì)穩(wěn)定氧化锫粉體、10g lOOnm氧化鶴納米粒子為原料，加入乙醇25ml, 異丙醇50ml,加入分散劑三乙醇胺3g、增塑劑鄰苯二甲酸二乙酯3g、表面活性劑司盤85 0. 5g,裝入球磨罐中進(jìn)行球磨，制成懸池液；球磨15h至均勻后，向所得懸池液中加入粘結(jié) 劑PVB 10g，繼續(xù)球磨24h ;所得產(chǎn)物球磨至均勻后，真空除泡，使用流延機(jī)進(jìn)行流延；干燥 后120°C排膠12h、切片，燒結(jié)條件從室溫開始，以1°C / min的速率升至380°C，停留4h，再 以0. 5°C /min升至600°C并保持4h，再以0. 5°C /min升至950°C并保持3h，最后以1°C / min升溫至1500°C并保持3h，最后自然降溫至室溫。所得多孔釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷片。
[0023] 實(shí)施例5 取93g 150nm紀(jì)穩(wěn)定氧化锫粉體、7g 200nm氧化鶴納米粒子為原料，加入乙醇25ml，異 丙醇50ml，加入分散劑三乙醇胺2g、增塑劑鄰苯二甲酸二乙酯5g、表面活性劑司盤85 lg， 裝入球磨罐中進(jìn)行球磨，制成懸濁液；球磨24h至均勻后，向所得懸濁液中加入粘結(jié)劑PVB 6g，繼續(xù)球磨24h ;所得產(chǎn)物球磨至均勻后，真空除泡，使用流延機(jī)進(jìn)行流延；干燥后200°C 排膠l〇h、切片，燒結(jié)條件從室溫開始，以1 °C / min的速率升至400°C，停留4h，再以0. 5°C / min升至600°C并保持3h，再以0. 5°C /min升至950°C并保持3h，最后以1°C / min升溫至 1500°C并保持3h，最后自然降溫至室溫。所得多孔釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷片。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，其特征在于制備工藝如下： 以釔穩(wěn)定氧化鋯粉體、氧化鎢納米粒子為原料，加入溶劑后，加入分散劑、增塑劑、表面 活性劑，裝入球磨罐中進(jìn)行球磨，制成懸濁液，其中固相和溶劑質(zhì)量比為1/ΚΓ10/1，分散劑 占固相質(zhì)量的(Γ3%，增塑劑占固相質(zhì)量的(Γ5%，表面活性劑占固相質(zhì)量的(Γ2% ; 球磨至均勻后，向步驟（1)所得懸濁液中加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑占固相總質(zhì)量的39Γ10%， 繼續(xù)球磨4_48h ; 將步驟（2)所得產(chǎn)物球磨至均勻后，真空除泡，使用流延機(jī)進(jìn)行流延； 排膠、切片、燒結(jié)，所得多孔釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，其特征在 于所述步驟（1)中的釔穩(wěn)定氧化鋯粉體材料為部分穩(wěn)定氧化鋯（5Y或8Y中的一種)，粒徑 l-1000nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，其特征在 于所述步驟（1)中的氧化鶴納米粒子粒徑為l-l〇〇〇nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，其特征在 于所述步驟（1)中的懸濁液的制備方法如下：在l〇°C -50°C條件下，加入釔穩(wěn)定氧化鋯粉 體、氧化物納米粒子、溶劑，其總量比調(diào)節(jié)為：99 :1 :100(Γ8 :2 :5,隨后加入分散劑、增塑劑、 表面活性劑，在10°C _50°C條件下球磨4-48小時(shí)，球磨轉(zhuǎn)速100-800r/min，得到穩(wěn)定的懸濁 液。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，其特征在 于所述步驟（1)的溶劑為醇溶劑，具體為乙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇中的一種或兩種，與 固體粉體總質(zhì)量比為1/10-10/1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，其特征在 于所述步驟（1)中的分散劑為三乙醇胺，占固體總質(zhì)量0-3%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，其特征在 于所述步驟（1)中的增塑為鄰苯二甲酸二乙酯或鄰苯二甲酸二丁酯中的一種，占固體總質(zhì) 量 0-5%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，其特征在 于所述步驟（1)中的表面活性劑為司盤85,占固體總質(zhì)量0-2%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，其特征在 于所述步驟（2)中的粘結(jié)劑為可溶于醇的，同時(shí)可隨溶劑脫除而發(fā)生分子交聯(lián)反應(yīng)的高分 子聚合物，包括聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚乙二醇PEG、聚氯乙烯PVC、聚乙烯醇縮丁醛PVB、聚 苯乙烯PS等聚合物中的一種或兩種，占固體總質(zhì)量39Γ10%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于傳感器的多孔釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法，其特征 在于所述步驟（4)中的排膠溫度為50°C ~450°C ;其燒結(jié)方法為程序控溫?zé)Y(jié)，即從室溫開 始，以 0· 1°C /min-3°C / min 的速率升至 300°C _400°C，停留 lh-4h，再以 0· 5°C /min 升 至600°C并保持3h，再以0. 1°C /min-rC /min升至950°C并保持3h，最后以0. 1°C / min -0. 5°C / min升溫至1500°C并保持2-3h，最后自然降溫至室溫。
【文檔編號(hào)】C04B35/48GK104098341SQ201410327900
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】王金興, 張斌, 張克金, 許德超, 王丹 申請(qǐng)人:中國(guó)第一汽車股份有限公司