一种用于氧传感器的石墨烯改性氧化锆粉的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于氧传感器的石墨烯改性氧化锆粉的制备方法，属于氧传感器的生产方法技术领域，具体步骤为：制备氧氯化锆溶液水溶液，将Y2O3溶解于氧氯化锆溶液中，加入PEG分散剂和氧化石墨烯，加入硫脲，加入氨水，在70℃下水解12h即得到料浆；料浆加入矿化剂，进行水热反应；水热后的浆料过滤、洗涤，干燥，煅烧后经过振动磨粉碎至粒度200目以下，加入三乙醇胺分散剂，采用砂磨机进行研磨，经喷雾干燥得到石墨烯改性氧化锆粉。此种制备方法具有能耗低、团聚少、粒径小且粒度分布均匀、粉体活性高等特点，适合工业化批量生产。且本方法所制备的石墨烯改性氧化锆粉能用于制作高端氧传感器，制品电导率高、力学性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于氧传感器的石墨烯改性氧化锆粉的制备方法
本专利技术属于氧传感器的生产方法
，特别涉及一种用于氧传感器的石墨烯改性氧化锆粉的制备方法。
技术介绍
氧化锆氧传感器具有较高的测氧精度和良好的高温稳定性，被广泛应用于内燃机尾气排放中氧含量检测等领域。敏感元件（氧敏元件）是氧传感器的关键部件，目前，绝大多数氧传感器均以5～8mol％氧化钇稳定的氧化锆作为固体电解质，然而它的电导率较低，力学性能一般，制约了氧传感器的进一步发展，因此，找到一种电导率更高、力学性能更强和抗老化性能好的电解质新材料，是开发出高性能氧传感器的关键。石墨烯是一种超强的二维碳材料，具有十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域具有广阔的应用前景。将石墨烯加入纳米氧化锆粉中，对氧化锆进行改性，能提高材料的导电导热性能，还能起到增强增韧作用，提高材料的力学性能。目前国内外对氧传感器用的氧化锆的研究主要集中在氧化钇稳定氧化锆以及掺杂了第三相的稳定型氧化锆，但掺杂方式不同效果各不相同。采用石墨烯进行掺杂改性，工艺过程有了一些改变，成本略有上升，但能制备出性能更加优越的制品，电导率有较大幅度的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于氧传感器的石墨烯改性氧化锆粉及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于氧传感器的石墨烯改性氧化锆粉的制备方法具体步骤为：步骤一、称取氧氯化锆加入去离子水配制成浓度为0.5-1.5mol/L的氧氯化锆溶液水溶液，将氧氯化锆溶液水溶液加热至70℃，将Y2O3溶解于氧氯化锆溶液中，所述Y2O3的含量为5-8mol％，加入0.2-0.5wt.%的PEG分散剂，配入0.2-2wt.%氧化石墨烯，且所述的氧化石墨烯为工业级氧化石墨烯，厚度为10nm；步骤二、在搅拌下缓慢加入硫脲，硫脲占总体系质量分数的5-10wt.％，接着缓慢加入氨水，沉淀成胶状物，继续加入氨水，调节浆料体系pH值为8.5-9.5，在70℃下水解12h即得到料浆；步骤三、将步骤二所得的料浆加入反应釜中，加入2-8wt.%矿化剂，在150-200℃下水热反应12-48h；步骤四、将水热后的浆料进行过滤、洗涤，先用去离子水洗涤循环洗涤至排除洗涤水检测电导率小于150μs/cm为止，最后用乙醇洗涤2次，将滤饼在105℃下干燥2-12h；步骤五、将步骤四干燥后的块料在650℃-1200℃下煅烧1-6h；步骤六、将煅烧后的块料经过振动磨粉碎至粒度200目以下，加入0.1-0.3wt.%的三乙醇胺分散剂，采用砂磨机进行超细研磨至中位粒径D50<0.2μm，最后经喷雾干燥之后便得到适合于氧传感器的敏感元件用的石墨烯改性氧化锆粉。作为优选，所述的步骤三中的矿化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或几种混合。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：此种制备方法具有能耗低、团聚少、粒径小且粒度分布均匀、粉体活性高等特点，适合工业化批量生产。且本方法所制备的石墨烯改性氧化锆粉能用于制作高端氧传感器，制品电导率高、力学性能好。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种用于氧传感器的石墨烯改性氧化锆粉及其制备方法，其具体步骤为：(1)称取氧氯化锆加入去离子水配制成水溶液，浓度为1mol/L，加热至70℃，将Y2O3溶解于氧氯化锆溶液中，所述Y2O3的含量为5mol％，加入0.2wt.%的PEG分散剂，配入0.2wt.%氧化石墨烯（工业级，厚度约10nm）；(2)在搅拌下缓慢加入硫脲，硫脲占总体系的质量分数为5wt.％，缓慢加入氨水，沉淀成胶状物，继续加入氨水，调节浆料体系pH值为8.5-9.5；在70℃下水解12h；(3)将所得的料浆加入反应釜中，加入3wt.%矿化剂（矿化剂为氢氧化钠），在150℃下水热反应24h；(4)将水热后的浆料进行过滤、洗涤，先用去离子水洗涤循环洗涤至排除洗涤水检测电导率小于150μs/cm为止，最后用乙醇洗涤2次，将滤饼在105℃下干燥7h；(5)将干燥后的块料在1050℃下煅烧2h；(6)将煅烧后的块料经过振动磨粉碎至粒度200目以下，加入0.2wt.%的三乙醇胺分散剂，采用砂磨机进行超细研磨至中位粒径D50<0.2μm，最后经喷雾干燥之后便得到适合于氧传感器的敏感元件用的石墨烯改性氧化锆粉。采用本实施例石墨烯改性氧化锆粉制备的氧传感器敏感元件，其电导率在700℃时为121.4s/m，响应时间小于10ms，抗弯强度Kf>620MPa。实施例2一种用于氧传感器的石墨烯改性氧化锆粉及其制备方法，其具体步骤为：(1)称取氧氯化锆加入去离子水配制成水溶液，浓度为1mol/L，加热至70℃，将Y2O3溶解于氧氯化锆溶液中，所述Y2O3的含量为5mol％，加入0.2wt.%的PEG分散剂，配入0.5wt.%氧化石墨烯（工业级，厚度约10nm）；(2)在搅拌下缓慢加入硫脲，硫脲占总体系的质量分数为5wt.％，缓慢加入氨水，沉淀成胶状物，继续加入氨水，调节浆料体系pH值为8.5-9.5；在70℃下水解12h；(3)将所得的料浆加入反应釜中，加入5wt.%矿化剂（矿化剂为氢氧化钠），在160℃下水热反应24h；(4)将水热后的浆料进行过滤、洗涤，先用去离子水洗涤循环洗涤至排除洗涤水检测电导率小于150μs/cm为止，最后用乙醇洗涤2次，将滤饼在105℃下干燥7h；(5)将干燥后的块料在1050℃下煅烧2h；(6)将煅烧后的块料经过振动磨粉碎至粒度200目以下，加入0.2wt.%的三乙醇胺分散剂，采用砂磨机进行超细研磨至中位粒径D50<0.2μm，最后经喷雾干燥之后便得到适合于氧传感器的敏感元件用的石墨烯改性氧化锆粉。采用本实施例石墨烯改性氧化锆粉制备的氧传感器敏感元件，其电导率在700℃时为155s/m，响应时间小于10ms，抗弯强度Kf>650MPa。实施例3一种用于氧传感器的石墨烯改性氧化锆粉及其制备方法，其具体步骤为：(1)称取氧氯化锆加入去离子水配制成水溶液，浓度为1mol/L，加热至70℃，将Y2O3溶解于氧氯化锆溶液中，所述Y2O3的含量为8mol％，加入0.2wt.%的PEG分散剂，配入0.3wt.%氧化石墨烯（工业级，厚度约10nm）；(2)在搅拌下缓慢加入硫脲，硫脲占总体系的质量分数为5wt.％，缓慢加入氨水，沉淀成胶状物，继续加入氨水，调节浆料体系pH值为8.5-9.5；在70℃下水解12h；(3)将所得的料浆加入反应釜中，加入5wt.%矿化剂（矿化剂为氢氧化钠），在150℃下水热反应20h；(4)将水热后的浆料进行过滤、洗涤，先用去离子水洗涤循环洗涤至排除洗涤水检测电导率小于150μs/cm为止，最后用乙醇洗涤2次，将滤饼在105℃下干燥7h；(5)将干燥后的块料在1050℃下煅烧2h；(6)将煅烧后的块料经过振动磨粉碎至粒度200目以下，加入0.2wt.%的三乙醇胺分散剂，采用砂磨机进行超细研磨至中位粒径D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于氧传感器的石墨烯改性氧化锆粉的制备方法，其特征在于：具体步骤为：步骤一、称取氧氯化锆加入去离子水配制成浓度为0.5‑1.5mol/L的氧氯化锆溶液水溶液，将氧氯化锆溶液水溶液加热至70℃，将Y2O3溶解于氧氯化锆溶液中，所述Y2O3的含量为5‑8mol％，加入0.2‑0.5 wt.% 的PEG分散剂，配入0.2‑2wt.%氧化石墨烯，且所述的氧化石墨烯为工业级氧化石墨烯，厚度为10nm；步骤二、在搅拌下缓慢加入硫脲，硫脲占总体系质量分数的5‑10wt.％，接着缓慢加入氨水，沉淀成胶状物，继续加入氨水，调节浆料体系pH 值为8.5‑9.5，在70℃下水解12h即得到料浆；步骤三、将步骤二所得的料浆加入反应釜中，加入2‑8wt.%矿化剂，在150‑200℃下水热反应12‑48h；步骤四、将水热后的浆料进行过滤、洗涤，先用去离子水洗涤循环洗涤至排除洗涤水检测电导率小于150μs/cm 为止，最后用乙醇洗涤2次，将滤饼在105℃下干燥2‑12h；步骤五、将步骤四干燥后的块料在650℃‑1200℃下煅烧1‑6h；步骤六、将煅烧后的块料经过振动磨粉碎至粒度200目以下，加入0.1‑0.3wt.% 的三乙醇胺分散剂，采用砂磨机进行超细研磨至中位粒径D50...

【技术特征摘要】
1.一种用于氧传感器的石墨烯改性氧化锆粉的制备方法，其特征在于：具体步骤为：步骤一、称取氧氯化锆加入去离子水配制成浓度为0.5-1.5mol/L的氧氯化锆溶液水溶液，将氧氯化锆溶液水溶液加热至70℃，将Y2O3溶解于氧氯化锆溶液中，所述Y2O3的含量为5-8mol％，加入0.2-0.5wt.%的PEG分散剂，配入0.2-2wt.%氧化石墨烯，且所述的氧化石墨烯为工业级氧化石墨烯，厚度为10nm；步骤二、在搅拌下缓慢加入硫脲，硫脲占总体系质量分数的5-10wt.％，接着缓慢加入氨水，沉淀成胶状物，继续加入氨水，调节浆料体系pH值为8.5-9.5，在70℃下水解12h即得到料浆；步骤三、将步骤二所得的料浆加入反应釜中，加入2-8wt.%矿化剂，在1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡天喜，叶旦旺，初薛基，包晓刚，高鸿魁，刘印阁，李小毅，
申请(专利权)人：三祥新材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35