一种氮气氧化物传感器芯片制造技术

本实用新型专利技术涉及一种氮气氧化物传感器芯片。该氮气氧化物传感器芯片，包括依次叠压的上氧泵电池层、尾气控制层、下氧泵电池层、多孔氧参比层、上加热基板层和下加热基板层，上氧泵电池层一面印刷上氧泵电极层，上氧泵电池层另一面与下氧泵电池层之间设有气体检测室和多孔气体扩散障层，气体检测室内设有凸台，通过凸台设计，增大汽车尾气与催化电极接触面积，使更多非氮氧化物气体被催化，提高检测精度；采用多孔进气口技术，可以过滤尾气中颗粒，更好稳定气流及支撑结构，提高芯片强度和成品率；采用多孔陶瓷支撑技术，通过多孔架构制备参考空气腔体，提高瓷片的力学强度，有利于提高成品率。

A nitrogen oxide sensor chip

【技术实现步骤摘要】
一种氮气氧化物传感器芯片
本专利技术涉及氧传感器
，尤其是涉及一种氮气氧化物传感器芯片。
技术介绍
机动车给人们日常生活带来便利的同时，其尾气排放对自然环境和人类健康造成了恶劣的影响。例如，燃油汽车尾气中所含的有害气体以及微粒物质(铅化物、碳烟、油雾)等，已经严重威胁到从空气、水甚至食品领域。为满足日益严格的排放法规，采用先进的后处理监测及调控技术势在必行。众所周知，发动机有害排放物主要组成为：氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、未燃碳氢(HC)和微粒(PM)等。而汽油机主要排放物为NOx、CO和HC，柴油机尾气中有害成分主要为NOx和PM。世界各国和地区均对汽油机和柴油机分别制定了较为严格的阶段性排放法规，为应对日益严格的排放法规，除采用先进的缸内燃烧技术和精密的发动机控制策略，排放后处理技术也逐渐变得不可或缺。工作在化学当量比附近的汽油机可采用三效催化剂对三种主要排放物进行高效去除，而对于采用富氧燃烧的柴油机，其NOx和PM存在此消彼长的关系，二者同时去除存在较大困难。尤其是对NOx的去除，一直是排放控制研究的重点和难点。因此，开发具有精密检测柴油机尾气中氧含量的传感器是未来发展的必然趋势。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供一种氮气氧化物传感器芯片，通过对尾气稳定化层、氧参比层进行材料及结构的改进，提高芯片的灵敏度。本专利技术采用的技术方案是：一种氮气氧化物传感器芯片，包括依次叠压的上氧泵电池层、尾气控制层、下氧泵电池层、多孔氧参比层、上加热基板层和下加热基板层，其特征在于：所述上氧泵电池层一面印刷上氧泵电极层，所述上氧泵电池层另一面与下氧泵电池层之间设有气体检测室和多孔气体扩散障层，所述气体检测室内设有凸台，所述凸台印刷在下氧泵电池层上，所述凸台与上氧泵电池层之间设有致密气体扩散障层；所述凸台将气体检测室分割成第一空腔和第二空腔，所述第一空腔内设有第一腔体催化电极层，所述第二空腔内设有第二腔体催化电极层和氮氧化物催化电极，所述第一腔体催化电极层和第二腔体催化电极层印刷在上氧泵电池层上，所述氮氧化物催化电极印刷在下氧泵电池层上；所述多孔氧参比层与下氧泵电池层之间设有参比电极，所述上加热基板层和下加热基板层之间依次设有绝缘层和内置加热电极。作为优选，所述凸台高度为气体检测室高度的1/4～1/2，其目的是增大汽车尾气与对应催化电极接触面积，使更多非氮氧化物气体被催化，提高检测精度。作为优选，所述上氧泵电极层表面有氧化铝保护层。作为优选，所述多孔氧参比层内部设有多孔结构的填充物，可以提高气敏陶瓷片的力学强度。本专利技术的一种氮气氧化物传感器芯片的制备方法，包括以下步骤：1)制备各介质层：采用钇稳定氧化锆纳米粉体为主体材料，其中分别添加有机料粘结剂聚乙烯醇缩丁醛、增塑剂邻苯二甲酸二丁酯、无水乙醇，球磨混合均匀，采用流延技术制备膜片，采用自动切割机切割成均匀长度的样片，单层厚度为500～600μm；分别在各层上印制切割线和定位线，用激光刀切割成各介质层；2)在相应的介质层上印刷对应的上氧泵电极层、第一腔体催化电极层、第二腔体催化电极层、参比电极及内置加热电极，所述上氧泵电极层、第一腔体催化电极层、第二腔体催化电极层、参比电极及内置加热电极均为铂金电极层，烘干后进行激光冲孔，孔径控制在0.1～0.5mm；3)在在对应介质层的下氧泵电池层上印刷氮氧化物催化电极，氮氧化物催化电极使用的电极金属材料为铂铑钯合金；4)在下氧泵电池层上印刷凸台，其高度为第一空腔和第二空腔高度的1/4～1/2，其目的是增大汽车尾气与催化电极接触面积，使更多非氮氧化物被催化，提高检测精度；5)制备多孔气体扩散障层，印制料浆中固相粉体组成为：氧化锆粉，镁铝尖晶石粉，碳粉，其组份含量重量百分数之和为100％；印制料浆中添加了有机料，有机料添加量以所述固相粉体为：增稠剂硝化纤维素，增塑剂邻苯二甲酸酯，有机溶剂柠檬酸三丁酯，固相粉体均通过300目筛；6)制备致密气体扩散障层，印制料浆中固相粉体组成为：氧化锆粉，镁铝尖晶石粉，碳粉，其组份含量重量百分数之和为100％；印制料浆中添加了有机料，有机料添加量以所述固相粉体为：增稠剂硝化纤维素，增塑剂邻苯二甲酸酯，有机溶剂柠檬酸三丁酯；固相粉体均通过300目筛；7)在基板层上印刷多孔氧参比层，其丝网印刷浆料与多孔气体扩散障层所用浆料相同；8)在各介质层上开好电极引线孔，依顺序将上述胚片层依氧传感器陶瓷片结构顺序定位、叠压，放入压台压实；9)按照切割线对胚体进行切割，获得氧传感器陶瓷片素胚片；10)将陶瓷生片(氧传感器陶瓷片素胚片)在650℃下排除有机物后，再在1400～1500℃的高温下烧结5～10小时，烧结降温时在1150～1250℃温度下保温2小时，之后随炉冷却，即得氮气氧化物传感器芯片。作为优选，所述的凸台组成为氧化锆陶瓷，采用丝网印刷方式进行制备，其印制料浆中固相粉体为商业化YSZ；印制料浆中添加了有机料，有机料添加量以所述固相粉体重量为基础计：增稠剂硝化纤维素2～4wt％，增塑剂邻苯二甲酸酯0.5～5wt％，有机溶剂柠檬酸三丁酯30～60％；固相粉体均通过300目筛。作为优选，所述的多孔气体扩散障层和致密气体扩散障层采用丝网印刷印制制成，由于用途不同，两种扩散障层的材料配比也不同。作为优选，所述多孔气体扩散障层，其印制料浆中固相粉体重量百分组成为：氧化锆粉10～20wt％，镁铝尖晶石粉50～65wt％，碳粉20～30wt％，其组份含量重量百分数之和为100％；印制料浆中添加了有机料，有机料添加量以所述固相粉体重量为基础计：增稠剂硝化纤维素1～5wt％，增塑剂邻苯二甲酸酯0.5～5wt％，有机溶剂柠檬酸三丁酯30～60％；固相粉体均通过300目筛。作为优选，所述致密气体扩散障层，其印制料浆中固相粉体重量百分组成为：氧化锆粉10～20wt％，镁铝尖晶石粉65～80wt％，碳粉5～15wt％，其组份含量重量百分数之和为100％；印制料浆中添加了有机料，有机料添加量以所述固相粉体重量为基础计：增稠剂硝化纤维素1～5wt％，增塑剂邻苯二甲酸酯0.5～5wt％，有机溶剂柠檬酸三丁酯30～60％；固相粉体均通过300目筛。作为优选，所述的氮氧化物催化电极中使用的电极金属材料为铂铑钯合金，其最大的特点是可以催化氮氧化物。其电极组成中金属重量百分比分别为：铂占70～80wt％，铑占10～20wt％，钯占5wt％，氧化锆占5％，且所用合金粉体过300目筛。本专利技术取得的有益效果是：(1)通过凸台设计，增大汽车尾气与催化电极接触面积，使更多非氮氧化物气体被催化，提高检测精度。(2)采用多孔进气口技术，可以过滤尾气中颗粒，更好稳定气流及支撑结构，提高芯片强度和成品率。(3)采用多孔陶瓷支撑技术，通过多孔架构制备参考空气腔体，提高瓷片的力学强度，有利于提高成品率。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图中：1-上氧泵电池层，2-尾气控制层，3-下氧泵电池层，4-多孔氧参比层，5-上加热基板层，6-下加热基板层，7-上氧泵电极层，8-第一腔体催化电极层，9-第二腔体催化电极层，10-多孔气体扩散障层，11-第一空腔，12-致密气体扩散障层，13-凸台，14-第二空腔15-氮氧化物催化电极，16-参比电极，17-绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮气氧化物传感器芯片，包括依次叠压的上氧泵电池层(1)、尾气控制层(2)、下氧泵电池层(3)、多孔氧参比层(4)、上加热基板层(5)和下加热基板层(6)，其特征在于：所述上氧泵电池层(1)一面印刷上氧泵电极层(7)，所述上氧泵电池层(1)另一面与下氧泵电池层(3)之间设有气体检测室和多孔气体扩散障层(10)，所述气体检测室内设有凸台(13)，所述凸台(13)印刷在下氧泵电池层(3)上，所述凸台(13)与上氧泵电池层(1)之间设有致密气体扩散障层(12)；所述凸台(13)将气体检测室分割成第一空腔(11)和第二空腔(14)，所述第一空腔(11)内设有第一腔体催化电极层(8)，所述第二空腔(14)内设有第二腔体催化电极层(9)和氮氧化物催化电极(15)，所述第一腔体催化电极层(8)和第二腔体催化电极层(9)印刷在上氧泵电池层(1)上，所述氮氧化物催化电极(15)印刷在下氧泵电池层(3)上；所述多孔氧参比层(4)与下氧泵电池层(3)之间设有参比电极(16)，所述上加热基板层(5)和下加热基板层(6)之间依次设有绝缘层(17)和内置加热电极(18)。

【技术特征摘要】
1.一种氮气氧化物传感器芯片，包括依次叠压的上氧泵电池层(1)、尾气控制层(2)、下氧泵电池层(3)、多孔氧参比层(4)、上加热基板层(5)和下加热基板层(6)，其特征在于：所述上氧泵电池层(1)一面印刷上氧泵电极层(7)，所述上氧泵电池层(1)另一面与下氧泵电池层(3)之间设有气体检测室和多孔气体扩散障层(10)，所述气体检测室内设有凸台(13)，所述凸台(13)印刷在下氧泵电池层(3)上，所述凸台(13)与上氧泵电池层(1)之间设有致密气体扩散障层(12)；所述凸台(13)将气体检测室分割成第一空腔(11)和第二空腔(14)，所述第一空腔(11)内设有第一腔体催化电极层(8)，所述第二空腔(14)内设有第二腔体催化电极层(9)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾咏平，尧中华，胡国付，张喜成，
申请(专利权)人：武汉泽科宁电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42