以锶、铁掺杂的铬酸镧为敏感电极的电位型氢气传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了以锶、铁掺杂的铬酸镧为敏感电极的电位型氢气传感器及制作方法，其是以La

Potentiometric hydrogen sensor using strontium, iron doped lanthanum chromate as sensitive electrode and method for making the same

The invention discloses a potentiometric hydrogen sensor with strontium and iron doped lanthanum chromite as sensitive electrodes and a manufacturing method thereof

【技术实现步骤摘要】
以锶、铁掺杂的铬酸镧为敏感电极的电位型氢气传感器及其制作方法
本专利技术属于气体传感器领域，具体涉及一种以La1-xSrxCr1-yFeyO3-δ为敏感电极的混合电位型氢气传感器及其制作方法。
技术介绍
常温常压下，氢气是一种无色透明、无味无臭的气体。由于它具有易获得、可再生、热值高、产物无污染等优点，已经被广泛应用在医疗及航空航天等领域中。但是由于氢气具有较宽的爆炸极限(4.0％～75.6％)和较小的引燃能量(0.019mJ)，一旦发生泄漏，在没有及时发现的情况下很容易引发爆炸事故。因此，开发出响应速度快、灵敏度高的氢气传感器对确保氢气的安全应用十分重要。根据探测原理的不同，氢气传感器可分为半导体型、催化燃烧型、光纤型和电化学型。其中，电化学传感器由于结构简单、稳定性好等优点受到了许多研究者的关注，混合电位型氢气传感器是电化学传感器的一种，由固体电解质、敏感电极和参比电极组成，通过测量两电极间电动势的变化实现对气体的监测，是被研究最为广泛的一类电化学传感器。如卢革宇等人(专利公开号：CN103257161B)公开了以Pt做敏感电极、金属氧化物为参考电极的埋藏式氢气传感器，日本传感器专家N.Miura等人也报道了Pt(+Au)做敏感电极的氢气传感器的气敏性能(M.Breedon,N.Miura,AugmentingH2sensingperformanceofYSZ–basedelectrochemicalgassensorsviatheapplicationofAumeshandYSZcoating,SensorsandActuatorsB:Chemical,182(2013)40-44)。研究表明，合适的敏感电极材料对提高传感器对氢气的气敏性能至关重要，这或许可以通过使用对氢气具有良好电化学催化活性的物质来实现。La1-xSrxCr1-yFeyO3-δ钙钛矿型氧化物用作固体氧化物燃料电池的阳极时，电极在氢气气氛中的极化电阻很小，说明这种材料对氢气的电化学催化能力较强，可能比较适合做电位型氢气传感器的敏感电极。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以锶、铁掺杂的铬酸镧为敏感电极的电位型氢气传感器及其制备方法，以期可以对氢气有较高的响应值和较快的响应速度。本专利技术为实现专利技术目的，采用如下技术方案：本专利技术以锶、铁掺杂的铬酸镧为敏感电极的电位型氢气传感器，是以La1-xSrxCr1-yFeyO3-δ为敏感电极、以Pt为参比电极、以YSZ(掺杂8mol％Y2O3的ZrO2)或GDC(掺杂20mol％Gd2O3的CeO2)为固体电解质；敏感电极材料La1-xSrxCr1-yFeyO3-δ中，x、y的范围为0.1≤x≤0.6，0.3≤y≤0.7。上述电位型氢气传感器的制作方法，包括如下步骤：(1)将松油醇和乙基纤维素按质量比9:1混合，获得改性松油醇；称取La1-xSrxCr1-yFeyO3-δ粉末，向粉末中滴加所述改性松油醇，然后充分研磨1～2h，获得敏感电极浆料；所述改性松油醇和所述La1-xSrxCr1-yFeyO3-δ粉末的质量比为1～2:1；(2)取YSZ电解质基片或GDC电解质基片；通过丝网印刷方法将所述敏感电极浆料刷在电解质基片上，然后将电解质基片置于150℃烘箱中烘干30～60min，使敏感电极浆料中的有机溶剂挥发完全，再将电解质基片在1000℃煅烧3h，即在电解质基片上形成敏感电极；(3)通过丝网印刷方法将铂浆刷在电解质基片上，与所述敏感电极位于电解质基片同一面，然后将电解质基片置于150℃烘箱中烘干30～60min，使铂浆中的有机溶剂挥发完全，再将电解质基片在800℃煅烧10min，即在电解质基片上形成参比电极；(4)通过导电银浆在敏感电极和参比电极上各连接一根铂丝，即完成电位型氢气传感器的制作。上述的La1-xSrxCr1-yFeyO3-δ粉末、铂浆及电解质基片(YSZ或者GDC)，可直接合成，也可直接市场购买。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术的电位型氢气传感器，选用对氢气具有较好电化学催化活性的钙钛矿结构氧化物La1-xSrxCr1-yFeyO3-δ做敏感电极，可以使传感器对氢气有较高的响应值和较快的响应速度；2、本专利技术的电位型氢气传感器中，YSZ和GDC有较高的氧离子电导率，且化学性质稳定，用做电解质可以提高传感器的气敏性能和长期稳定性；3、本专利技术的敏感电极La1-xSrxCr1-yFeyO3-δ中，四种金属元素的含量可在较宽的范围内变化，降低了制作传感器的工艺难度。附图说明图1是本专利技术混合电位型传感器的结构示意图；图2是实施例1中La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-δ粉末的XRD图；图3是实施例1中所制备的LSCF/YSZ/Pt传感器在450℃时对不同浓度氢气的响应值图；图4是实施例1中所制备的LSCF/YSZ/Pt传感器在450℃时对不同浓度氢气的响应时间和恢复时间；图5是实施例2中所制备的LSCF/GDC/Pt传感器在500℃时对不同浓度氢气的响应值图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，以下实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，以下实施例只是用于帮助理解本专利技术的实施方法与核心思想，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1本实施例的电位型氢气传感器，是以La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-δ为敏感电极、以Pt为参比电极、以YSZ为固体电解质，制备方法如下：(1)将松油醇和乙基纤维素按质量比9:1混合，获得改性松油醇；称取一定量的商业La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-δ粉末，向粉末中滴加等质量的改性松油醇，然后充分研磨2h，获得敏感电极浆料；(2)取直径13mm的YSZ电解质基片；通过丝网印刷方法将敏感电极浆料刷在电解质基片上，然后将电解质基片置于150℃烘箱中烘干30min，使敏感电极浆料中的有机溶剂挥发完全，再将电解质基片在1000℃煅烧3h，以增加敏感电极与电解质的结合强度，即在电解质基片上形成敏感电极；敏感电极呈圆形，直径为2.7mm、厚度为70μm。(3)通过丝网印刷方法将铂浆(市售)刷在电解质基片上，与敏感电极位于电解质基片同一面，然后将电解质基片置于150℃烘箱中烘干30min，使铂浆中的有机溶剂挥发完全，再将电解质基片在800℃煅烧10min，以增加参比电极与电解质的结合强度，即在电解质基片上形成参比电极；参比电极呈圆形，直径为2.7mm、厚度为50μm，与敏感电极的圆心距离为4mm。(4)通过导电银浆在敏感电极和参比电极上各连接一根铂丝，然后再将传感器置于150℃烘箱中烘干30min，使银浆里的有机溶剂挥发，即完成电位型氢气传感器(记为LSCF/YSZ/Pt传感器)的制作，其结构如图1所示。图2所示为敏感电极材料La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-δ的XRD图，从图中可以看出敏感电极材料中无杂质存在。将本实施例所制备的传感器置于管式马弗炉中，给传感器提供较高的工作温度；然后将传感器的两个电极与安捷伦电压表相连，测试其在不同浓度氢气中的响应值。图3为本实施例所制备的LSCF/YSZ/Pt传感器在450℃时对不同浓度氢气的响应图。从图中可以看出，传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
以锶、铁掺杂的铬酸镧为敏感电极的电位型氢气传感器，其特征在于：所述电位型氢气传感器是以La

【技术特征摘要】
1.以锶、铁掺杂的铬酸镧为敏感电极的电位型氢气传感器，其特征在于：所述电位型氢气传感器是以La1-xSrxCr1-yFeyO3-δ为敏感电极、以Pt为参比电极、以YSZ或GDC为固体电解质；其中0.1≤x≤0.6，0.3≤y≤0.7。2.一种权利要求1所述的电位型氢气传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将松油醇和乙基纤维素按质量比9:1混合，获得改性松油醇；称取La1-xSrxCr1-yFeyO3-δ粉末，向粉末中滴加所述改性松油醇，然后充分研磨1～2h，获得敏感电极浆料；所述改性松油醇和所述La1-xSrxCr1-yFeyO3-δ粉末的质量比为1～2:1；(2)取YSZ电解质基片或GDC电解质基片；通过丝网印刷方法将...

【专利技术属性】
技术研发人员：易建新，张赫，张作彬，姜羲，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34