一種極限電流型氧氣傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及化學氣體傳感器制備方法，具體為一種極限電流型氧氣傳感器及其制備方法，將具有氧離子傳導的電解質粉壓成圓片，圓片燒結獲得電解質片；電解質片一個表面絲網(wǎng)印刷一層漿料，在1300-1450℃燒結4小時，在電解質片的表面形成多孔層；在多孔層的骨架表面形成具有致密結構的混合導體薄膜；以混合導體薄膜所在表面為正極，電解質片的另一表面為負極，對氧氣進行檢測。本發(fā)明提供的一種極限電流型氧氣傳感器，對氧氣具有良好的敏感性能。該制備方法只需將混合導體的前驅體溶液浸漬到電解質多孔層獲得致密混合導體薄膜，簡化了傳感器的制備工藝，膜的厚度可控。由于混合導體膜致密且與電解質緊密結合，提高了傳感器的工作性能，易于實現(xiàn)微型化。
【專利說明】 一種極限電流型氧氣傳感器及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及化學氣體傳感器制備方法，具體為一種極限電流型氧氣傳感器及其制備方法。

【背景技術】
[0002]汽車用氧傳感器是發(fā)動機控制系統(tǒng)重要部件之一。通過氧傳感器對汽車發(fā)動機的空燃比進行調節(jié)，控制發(fā)動機中的燃燒過程，不僅可以降低污染物的排放，還可以提高燃料的燃燒效率。
[0003]目前普遍使用的是氧化鋯濃差電池型氧傳感器，但這種傳感器只能使燃燒控制在理論空燃比附近。若控制發(fā)動機在富氧狀態(tài)下的稀薄燃燒區(qū)燃燒，不僅能更有效地減少污染物的排放，而且可以進一步提高燃燒效率。由于濃差電池型氧傳感器的信號與氧的分壓成對數(shù)關系，因此在整個稀薄燃燒區(qū)內，信號變化很小，不夠敏感。而極限電流型氧傳感器可以對稀薄燃燒區(qū)的空燃比進行準確有效控制。利用電子和氧離子混合傳導材料作為致密擴散障礙的極限電流型氧傳感器是一類新型傳感器([61112111(103611801*8 811(1^01181:01-8 8,50(1998) 125 ；21107&II ？6叩，61: &1，811(1 八。1:皿1:01~8 8, 72 (2001) 35.),但這種極限電流型氧傳感器存在制備復雜，性能差等問題。


【發(fā)明內容】

[0004]針對上述技術問題，本發(fā)明提供一種制備簡單、性能優(yōu)良的極限電流型氧氣傳感器，具體技術方案為:
[0005]一種極限電流型氧氣傳感器，包括電解質片，電解質片一個表面有混合導體薄膜，以混合導體薄膜所在表面為正極，電解質片的另一表面為負極，在電極之間施加電壓后產(chǎn)生的電流與氧濃度之間呈現(xiàn)線性關系，對氧氣進行檢測。
[0006]其制備方法包括以下步驟:
[0007](1)將具有氧離子傳導的電解質粉在鋼模中壓成直徑15臟，厚度為0.5111111的圓片，圓片在1450-16001燒結10卜獲得致密的電解質片；然后在電解質片一個表面絲網(wǎng)印刷一層漿料，所述的漿料由電解質粉和碳黑造孔劑組成，碳黑重量含量為30% ；絲網(wǎng)印刷后的電解質片在1300-14501燒結4小時，在電解質片的表面形成多孔層；
[0008](2)在上述電解質片的多孔層中浸潰混合導體的前驅體溶液，然后在800-13001處理4小時，在多孔層的骨架表面形成具有致密結構的混合導體薄膜；
[0009](3)以混合導體薄膜所在表面為正極，電解質片的另一表面為負極,在電極之間施加電壓后產(chǎn)生的電流與氧濃度之間呈現(xiàn)線性關系，對氧氣進行檢測。
[0010]其中，步驟(1)所述的電解質粉為1003或?具1003。
[0011]步驟(2)所述的混合導體為氧離子-電子混合導體。
[0012]本發(fā)明提供的一種極限電流型氧氣傳感器，由具有氧離子傳導的固體電解質和具有氧離子/電子傳導的混合導體的致密薄膜組成；氧離子固體電解質由一個致密層和在其一個表面的多孔層構成，氧離子/電子混合導體薄膜是通過將混合導體的前驅體溶液浸潰到電解質多孔層中，然后高溫處理后獲得，該傳感器對氧氣具有良好的敏感性能。該制備方法只需將混合導體的前驅體溶液浸潰到固體電解質多孔層并熱處理，就能獲得致密混合導體薄膜，簡化了傳感器的制備工藝，膜的厚度可控。由于混合導體膜致密且與電解質緊密結合，提高了傳感器的工作性能，易于實現(xiàn)微型化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為實施例1的多孔層骨架表面混合導體薄膜的321圖；
[0014]圖2為實施例1制得的傳感器在7001不同氧氣濃度下電流-電位特征曲線圖；
[0015]圖3為實施例1制得的傳感器在0.極化電壓下不同溫度電流與氧氣濃度的關系曲線圖。

【具體實施方式】
[0016]結合實施例說明本發(fā)明【具體實施方式】。
[0017]實施例1
[0018]用電子天平稱取0.781003粉末放進鋼模中，于251？3壓成圓片直徑約為15臟，在16001燒結5匕獲得圓片。將含有30被％碳粉的2化9； 一漿料絲網(wǎng)印刷到圓片的一面，干燥后在15001^燒結411獲得多孔層。
[0019]按照1?.75&'。.251%辦。.503的化學計量比配制0.111101/1相應硝酸鹽前驅體溶液，并將其浸潰到上述電解質的多孔層中，干燥后于12001燒結處，混合導體1?.75^0.25^0.5^0.503在電解質的多孔層的骨架表面形成了混合導體薄膜，表面3剛照片如圖1。
[0020]在7001氧氣傳感器在不同氧濃度下的電流-電位特征曲線見圖2。由圖2可以看出，傳感器在測試濃度范圍內具有明顯的極限電流平臺。極限電流及初始出現(xiàn)極限電流的電壓隨氧濃度的增加而增加。在0.〖V極化電壓下，不同溫度下氧濃度與極限電流具有良好的相關性，見圖3。
[0021]實施例2
[0022]稱取匕了邑&^^&^凡粉末放進鋼模中’于^^腿^壓成圓片直徑約為15臟后在15001燒結5匕獲得圓片。將含有30被％碳粉的10103漿料絲網(wǎng)印刷到圓片的一面，干燥后在14501燒結處獲得多孔層。
[0023]按照1?.75&'。.251%辦。.503的化學計量比配制0.111101/1相應硝酸鹽前驅體溶液，并將其浸潰到上述電解質的多孔層中，干燥后于11001燒結處，混合導體1?.7581-0.25^0.5^0.503在電解質的多孔骨架表面形成了致密薄膜。
[0024]制得的傳感器在600-9001，氧氣濃度為1000卯0至200000卯0范圍內具有明顯的極限電流平臺，在0.例極化電壓下，不同溫度下氧濃度與極限電流具有良好的相關性。
[0025]實施例3
[0026]用電子天平稱取0.781003粉末放進鋼模中，于251？3壓成圓片直徑約為15臟后在16001燒結5卜，獲得圓片。將含有30被％碳粉的21^'化漿料絲網(wǎng)印刷到21-0.90^.1003圓片的一面，干燥后在15001燒結4卜獲得多孔層。
[0027]按照&1。2&'。罾8？603的化學計量比配制0.1001/1相應硝酸鹽前驅體溶液，并將其浸潰到上述電解質的多孔層中，干燥后于9501燒結411，混合導體⑶。.381-0.8？603在電解質的多孔骨架表面形成了致密薄膜。
[0028]制得的傳感器在650-900 V，氧氣濃度為2000卯0至100000卯0范圍內具有明顯的極限電流平臺，在0.例極化電壓下，不同溫度下氧濃度與極限電流具有良好的相關性。
【權利要求】
1.一種極限電流型氧氣傳感器，其特征在于:包括電解質片，電解質片一個表面有混合導體薄膜，以混合導體薄膜所在表面為正極，電解質片的另一表面為負極，在電極之間施加電壓后產(chǎn)生的電流與氧濃度之間呈現(xiàn)線性關系，對氧氣進行檢測。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種極限電流型氧氣傳感器，其特征在于:制備方法包括以下步驟， (1)將具有氧離子傳導的電解質粉在鋼模中壓成直徑15mm，厚度為0.5mm的圓片，圓片在1450-1600°C燒結1h獲得致密的電解質片；然后在電解質片一個表面絲網(wǎng)印刷一層漿料，所述的漿料由電解質粉和碳黑造孔劑組成，碳黑重量含量為30% ;絲網(wǎng)印刷后的電解質片在1300-1450°C燒結4小時，在電解質片的表面形成多孔層； (2)在上述電解質片的多孔層中浸潰混合導體的前驅體溶液，然后在800-1300°C處理4小時，在多孔層的骨架表面形成具有致密結構的混合導體薄膜； (3)以混合導體薄膜所在表面為正極，電解質片的另一表面為負極，在電極之間施加電壓后產(chǎn)生的電流與氧濃度之間呈現(xiàn)線性關系，對氧氣進行檢測。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種極限電流型氧氣傳感器，其特征在于:步驟(I)所述的電解質粉為 Zrtl 9ciYaic13 或 Cea9(lGdQ.1(l03。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的一種極限電流型氧氣傳感器，其特征在于:步驟(2)所述的混合導體為氧離子-電子混合導體。
【文檔編號】G01N27/409GK104458863SQ201410795478
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權日:2014年12月18日
【發(fā)明者】周會珠, 王嶺, 戴磊, 李軍, 李躍華 申請人:河北聯(lián)合大學