一体化双功能NASICON固体电解质气体传感器制造技术

本实用新型专利技术属于气体传感器领域，具体涉及一种同时用于检测或监控两种气体的一体化双功能ＮＡＳＩＣＯＮ固体电解质气体传感器。其由Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］陶瓷管衬底、陶瓷管衬底内的加热线圈、涂敷在陶瓷管衬底外的ＮＡＳＩＣＯＮ基体材料、在ＮＡＳＩＣＯＮ基体上制作的左、中、右彼此绝缘的三组金网及白金电极结构组成，在左、右两组电极上分别涂敷对不同气体敏感的材料，构成两个辅助电极，中间一组的金网及白金电极用作参考电极。本专利首次在同一固体电解质基体材料上，制作两个气体传感器，它具有同时测试两种毒害气体的功能，而且还具有好的灵敏度和选择性，快速的响应恢复时间，同时可以有效地利用加热器提供的热能，提高热效率的利用率和节约资材。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于气体传感器领域，具体涉及一种同时用于检测或监控两种气体 的一体化双功能NASICON固体电解质气体传感器。
技术介绍
近年来，随着社会的进步和工业的发展，环境保护成为人们急需解决的一个 重要问题，其中大气污染问题更是重中之重，所以各种类型的气体传感器就应运而生，其中主要有半导体式、电化学式和光学式气体传感器，而电化学式中的 固体电解质型气体传感器因为其良好的选择性，快速的响应恢复时间和良好的重 复性有着较好的发展前景。我们吉林大学从1996年开始研究C02传感器，不断取得一些进展。以 NASICON (Na超离子导体)材料为主，制作固体电解质传感器，在结构方面， 由原来的片式(内、外加热等不同方式)，发展了微小的管式结构，如图1所示， 使加热效率提高，功耗降低1/3左右。
技术实现思路
本技术的目的是研制一种新型的NASICON固体电解质传感器，它具有 同时检测或监控两种毒害气体的功能，而且还具有良好的灵敏度，良好的选择性， 快速的响应恢复时间，同时可以有效地利用加热器提供的热能，提高加热效率。本技术所述一体化双功能NASICON固体电解质气体传感器，由Al203 陶瓷管衬底、陶瓷管衬底内的加热线圈、涂敷在陶瓷管衬底外的NASICON基体 材料、在NASICON基体上制作的金网及白金电极组成，其特征在于金网及白 金电极为左、中、右三组彼此绝缘的电极结构，在其中的两组金网及白金电极上 进一步有由气体敏感材料构成的两个辅助电极，另外一组的金网及白金电极用作 两个辅助电极共用的参考电极，两个辅助电极分别和共用参考电极构成两个气体 传感器，从而构成相当于两个分立器件组合成一体的结构。作为本技术的进一步优选方式，是在左、右两组的金网及白金电极上有 由气体敏感材料构成的辅助电极，中间一组的金网及白金电极用作共用参考电极。适合作辅助电极的气体敏感材料有掺杂活性碳的0203材料、ZnTiOs材料、 Li2C03-BaC03复合碳酸盐、Y203、 WO:3和Sn02等。为实现双功能化(能够检3测两种不同的气体)，两个辅助电极的气体敏感材料是不相同的。本专利首次在同一 NASICON固体电解质材料上，制作两个气体传感器。这 两个传感器分别有各自的辅助电极，但他们共用一个参考电极，共用一个加热器。本技术叙述的NASICON固体电解质一体化双功能传感器的具体的制作 过程为选取管长为7 9mm、壁厚为0.4~0.5mm、外径为1.2~1.3mm、内径为 0.8~0.9mm的Al203陶瓷管为衬底，将NASICON材料溶解在去离子水中研磨， 调整水的比例使其形成糊状，采用旋涂的方法将其均匀涂敷在Al203陶瓷管上， 在900'C烧结6h,形成厚为1~1.5mm的基体层，将金浆用细毛笔在NASICON 基体材料上画成网状(分为左、右两侧和中间三段，三段间要有1mm的间隔，金 网的厚度为0.01~0.02mm)，然后在800。C烧15分钟，形成金网。在金网上引出 Pt电极，用金浆把白金丝粘在金网处，然后在80(TC烧15分钟，形成白金电极， 然后将辅助电极材料用去离子水研磨后分别涂敷在两侧电极上，送入炉中在 60(TC烧1小时，形成辅助电极。将约30Q的Ni-Cr加热线圈穿过管内作为加热 器。将烧好的器件管芯按照通用旁热式气敏元件进行焊接、封装。在一种NASICON固体电解质传感器中，对何种气体敏感，主要取决于辅助 电极材料的选择。在本技术中，在辅助电极1处，选用对某种气体(x)有较 好敏感性能的A材料作为辅助电极，而在辅助电极2处，选用对另一种气体(y) 有较好敏感性能的B材料作为辅助电极。这种结构共用中间的一个参考电极，就 可以构成两个气体传感器，也就是辅助电极1和共用参考电极3构成测试x气体 的传感器A，辅助电极2和共用参考电极3构成测试y气体的传感器B。在制作一体化双功能固体电解质气体传感器时，要注意被测试的两种气体不 能互相干扰，也就是选择适当的辅助电极材料，使传感器A只对x气体敏感，对 y气体不敏感，同样传感器B只对y气体敏感，对x气体不敏感。还有就是传感 器A和传感器B的工作温度应该相近。本技术的优点(1) 本技术可以制作成便携式的传感器，适用方便；(2) 两个传感器共用一个加热器，可以提高加热效率和节约资材；(3) 在同一衬底上制作成检测两种不同气体的固体电解质传感器，实现了双功能一体化，可以同时测量氨气和甲苯气体或一氧化碳和甲苯气体，在国 内外未见报道。附图说明图1:单一功能传感器的结构示意图；图2:双功能传感器的结构图3:双功能传感器的EMF值随甲苯浓度的变化曲线； 图4:双功能传感器的EMF值随氨气浓度的变化曲线。如图1所示，各部件名称为陶瓷管11，加热丝12， NASICON基体13， 用作参考电极的金网14、白金电极16，用作辅助电极的金网15、白金电极17 和辅助电极材料18;如图2所示，各部件的名称为陶瓷管21，加热丝22， NASICON基体23， 金网31、 32、 33，白金电极41、 42、 43，辅助电极材料51、 52;其中，金网 31、白金电极41、辅助电极材料51，构成辅助电极1，用于检测第一种(x)气 体；金网32、白金电极42、辅助电极材料52，构成辅助电极2，用于检测第二 种(y)气体；金网33、白金电极43，用作参考电极3，辅助电极1、 2共用同一 参考电极3。具体实施方式实施例1:制作NASIC0N固体电解质双功能一体化传感器的具体的过程为(1) 选取管长为8mm，壁厚为0.4mm，外径为1.2mm、内径为0.8mm的A1203 陶瓷管，清洗后晾干；(2) 将NASICON粉末研磨成超细粉末，滴入去离子水，研磨成浆糊状，使 用旋涂法均匀涂覆在A1203陶瓷管上；(3) 送入高温电阻炉中，在60(TC烧结1小时；(4) 重复步骤(2) (3);(5) 重复步骤(2)，放入高温电阻炉中，在90(TC温度下烧结6个小时，形 成厚度约为lmm的NASICON基体层；(6) 将金浆用细毛笔在NASICON基体材料上画成网状(分为左、右两侧和 中间三段，三段间要有lmm的间隔，金网的厚度为0.01mm)，然后在80(TC烧15 分钟，形成金网；(7) 在金网上引出Pt电极，用金浆把白金丝粘在金网处，然后在80(TC烧 15分钟，形成白金电极；(8) 然后将辅助电极材料用去离子水研磨后分别涂敷在两侧电极上，送入炉 中在60(TC烧1小时，形成辅助电极；(9) 为了给元件提供热量，约30Q的加热线圈穿过管内作为加热器；(10) 将元件焊接在六角管座上，待测。实施例2:氨气-甲苯一体化双功能固体电解质传感器在辅助电极A处，用掺杂10% (质量比)活性碳的0203材料作辅助电极， 构成传感器A，用来测试氨气，而在辅助电极B处，用ZnTi03材料作为辅助电极， 构成传感器B,用于测试甲苯。由于两种传感器作在一个器件上，所以两种传感器的最佳温度的匹配和测试 时两种传感器对另一种目标气体的抗干扰能力是两个最主要的问题。首先看一下 传感器对甲苯测试时，传感器A和B两端EMF值随工作温度和气体浓度的变化。 如图3所示，在测试甲苯(5-50ppm)气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一体化双功能ＮＡＳＩＣＯＮ固体电解质气体传感器，由Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］陶瓷管衬底（２１）、陶瓷管衬底内的加热线圈（２２）、涂敷在陶瓷管衬底外的ＮＡＳＩＣＯＮ基体材料（２３）、在ＮＡＳＩＣＯＮ基体上制作的金网及白金电极组成，其特征在于：金网及白金电极为左、中、右三组彼此绝缘的电极结构，在其中的两组金网及白金电极上进一步有由气体敏感材料构成的两个辅助电极，另外一组的金网及白金电极用作两个辅助电极共用的参考电极，两个辅助电极分别和共用参考电极构成两个气体传感器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：全宝富，梁喜双，钟铁钢，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：实用新型
国别省市：82[中国|长春]