一种宽域型氧传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种宽域型氧传感器及其制备方法，本发明专利技术在满足宽域型氧传感器正常工作的条件下，对宽域型氧传感器的结构进行了简化，将其中的氧储存电池和氧泵电池由传统的垂直排列改为水平间隔排列，改进后的宽域型氧传感器仅需要一层YSZ固体电解质(氧储存电池和氧泵电池共享一个YSZ固体电解质)，且各功能结构后续无需再进行二次加工成型，不仅降低了宽域型氧传感器的生产成本，更重要的是，在生产过程中有效保证了宽域型氧传感器高的批量一致性，进而可以提升宽域型氧传感器的检测质量和可靠性。和可靠性。和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种宽域型氧传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种氧传感器及其制备方法，具体涉及一种宽域型氧传感器及其制备方法，属于氧传感器


技术介绍

[0002]氧传感器在医疗、生物技术、汽车及生产安全等领域均有着广泛的应用，例如在进行汽车排放控制或判断飞机航空燃油箱的惰化情况时，均需要去测量进气口气体中氧气的含量以判断其是否处于理想空燃比状态或是否在箱体氧含量限值之上。基于钇稳定氧化锆(YSZ)固体电解质的宽域型氧传感器由于结合了氧化锆的两大特性——浓差电池特性(氧化锆两侧含氧量不同时，在氧化锆电极两侧产生电动势)和极限电流特性(在氧化锆电极两侧加上电压，可以使氧离子发生移动)，可避免浓差电池高浓度线性响应低和极限电流低浓度信号响应低的局限，所以可以在较宽氧范围内实现对氧含量快速、精准的测量。
[0003]目前，宽域型氧传感器主要应用于汽车进气口和尾气检测，为保证在汽车使用过程中的可靠性需求，传感器芯体结构通常尺寸较大且结构大多较为复杂，扩散室、参考室、泵电池、氧浓差电池等均需要垂直排列，并且需要3～5层氧化锆功能层。除此之外，传感器的每一层结构均需要根据不同的功能进行相应后续操作施以不同的形状，非常不利于后期生产过程中的批量一致性，这不仅会提高人工等成本，更重要的是，会影响传感器测量结果的准确性。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种结构简单、批量一致性高的宽域型氧传感器，以及该宽域型氧传感器的制备方法。
[0005]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]一种宽域型氧传感器，其特征在于，包括以下结构：
[0007]致密YSZ衬底；
[0008]印刷在致密YSZ衬底上面的氧参考室和扩散室，氧参考室在左，扩散室在右；
[0009]沉积在致密YSZ衬底的上面且避过氧参考室和扩散室的Al2O3绝缘层；
[0010]沉积在Al2O3绝缘层的上面且分别与氧参考室和扩散室接触的下层多孔Pt电极A和下层多孔Pt电极B，二者的宽度分别小于氧参考室和扩散室的宽度；
[0011]沉积在Al2O3绝缘层的上面且分别垂直横跨下层多孔Pt电极A和下层多孔Pt电极B的Al2O3绝缘带层A和Al2O3绝缘带层B，其中，Al2O3绝缘带层A位于氧参考室的左侧、不与氧参考室直接接触，Al2O3绝缘带层B位于扩散室的右边偏左、与扩散室直接接触且使扩散室的右边处于暴露状态；
[0012]沉积在Al2O3绝缘层、下层多孔Pt电极A、下层多孔Pt电极B、Al2O3绝缘带层A和Al2O3绝缘带层B上面的YSZ固体电解质，YSZ固体电解质的左边和右边分别覆盖Al2O3绝缘带层A的右半边和Al2O3绝缘带层B的左半边；
[0013]以及沉积在YSZ固体电解质上面的上层多孔Pt电极A和上层多孔Pt电极B，上层多孔Pt电极A在左、与下层多孔Pt电极A形成一对电极，上层多孔Pt电极B在右、与下层多孔Pt电极B形成一对电极。
[0014]优选的，所述氧参考室和扩散室均采用多孔YSZ陶瓷浆料制成，印刷厚度为25μm～200μm，左右距离为3mm～5mm。
[0015]优选的，所述Al2O3绝缘层的沉积厚度为15μm～20μm。
[0016]优选的，所述Al2O3绝缘带层A和Al2O3绝缘带层B的沉积厚度为20μm～50μm。
[0017]优选的，所述YSZ固体电解质的沉积厚度为100μm～500μm。
[0018]优选的，所述下层多孔Pt电极A、下层多孔Pt电极B、上层多孔Pt电极A和上层多孔Pt电极B的沉积厚度为1μm～2μm。
[0019]一种前述的宽域型氧传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0020]Step1：在致密YSZ衬底上印刷氧参考室和扩散室；
[0021]Step2：利用等离子体喷雾沉积技术在致密YSZ衬底的上面避开氧参考室和扩散室沉积Al2O3绝缘层；
[0022]Step3：采用溅射技术利用掩模板在Al2O3绝缘层的上面沉积出呈长方形的下层多孔Pt电极A和下层多孔Pt电极B；
[0023]Step4：采用等离子体喷雾沉积技术在Al2O3绝缘层的上面沉积Al2O3绝缘带层A和Al2O3绝缘带层B；
[0024]Step5：采用等离子体喷雾沉积技术在Al2O3绝缘层、下层多孔Pt电极A、下层多孔Pt电极B、绝缘带层A和绝缘带层B的上面沉积YSZ固体电解质；
[0025]Step6：采用溅射技术利用掩模板在YSZ固体电解质的上面沉积上层多孔Pt电极A和上层多孔Pt电极B。
[0026]本专利技术的有益之处在于：本专利技术在满足宽域型氧传感器正常工作的条件下，对宽域型氧传感器的结构进行了简化，将其中的氧储存电池和氧泵电池由传统的垂直排列改为水平间隔排列，改进后的宽域型氧传感器仅需要一层YSZ固体电解质(氧储存电池和氧泵电池共享一个YSZ固体电解质)，且各功能结构后续无需再进行二次加工成型，不仅降低了宽域型氧传感器的生产成本，更重要的是，在生产过程中有效保证了宽域型氧传感器高的批量一致性，进而可以提升宽域型氧传感器的检测质量和可靠性。
附图说明
[0027]图1是本专利技术提供的宽域型氧传感器的主视图；
[0028]图2是本专利技术提供的宽域型氧传感器的俯视图；
[0029]图3是本专利技术提供的宽域型氧传感器的分解图。
[0030]图中附图标记的含义：1
‑
致密YSZ衬底、2
‑
氧参考室、3
‑
扩散室、4
‑
Al2O3绝缘层、5
‑
下层多孔Pt电极A、6
‑
下层多孔Pt电极B、7
‑
Al2O3绝缘带层A、8
‑
Al2O3绝缘带层B、9
‑
YSZ固体电解质、10
‑
上层多孔Pt电极A、11
‑
上层多孔Pt电极B。
具体实施方式
[0031]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。
[0032]一、宽域型氧传感器的结构
[0033]参照图1、图2和图3，本专利技术提供的宽域型氧传感器的结构包括：致密YSZ衬底1、氧参考室2、扩散室3、Al2O3绝缘层4、下层多孔Pt电极A 5、下层多孔Pt电极B 6、Al2O3绝缘带层A 7、Al2O3绝缘带层B 8、YSZ固体电解质9、上层多孔Pt电极A 10和上层多孔Pt电极B11。其中：
[0034]氧参考室2和扩散室3印刷在致密YSZ衬底1的上面，氧参考室2在左，扩散室3在右，氧参考室2和扩散室3均采用多孔YSZ陶瓷浆料制成，印刷厚度为25μm～200μm，左右距离为3mm～5mm。
[0035]Al2O3绝缘层4沉积在致密YSZ衬底1的上面，并且避过氧参考室2和扩散室3，Al2O3绝缘层4的沉积厚度为15μm～20μm。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽域型氧传感器，其特征在于，包括以下结构：致密YSZ衬底(1)；印刷在致密YSZ衬底(1)上面的氧参考室(2)和扩散室(3)，氧参考室(2)在左，扩散室(3)在右；沉积在致密YSZ衬底(1)的上面且避过氧参考室(2)和扩散室(3)的Al2O3绝缘层(4)；沉积在Al2O3绝缘层(4)的上面且分别与氧参考室(2)和扩散室(3)接触的下层多孔Pt电极A(5)和下层多孔Pt电极B(6)，二者的宽度分别小于氧参考室(2)和扩散室(3)的宽度；沉积在Al2O3绝缘层(4)的上面且分别垂直横跨下层多孔Pt电极A(5)和下层多孔Pt电极B(6)的Al2O3绝缘带层A(7)和Al2O3绝缘带层B(8)，其中，Al2O3绝缘带层A(7)位于氧参考室(2)的左侧、不与氧参考室(2)直接接触，Al2O3绝缘带层B(8)位于扩散室(3)的右边偏左、与扩散室(3)直接接触且使扩散室(3)的右边处于暴露状态；沉积在Al2O3绝缘层(4)、下层多孔Pt电极A(5)、下层多孔Pt电极B(6)、Al2O3绝缘带层A(7)和Al2O3绝缘带层B(8)上面的YSZ固体电解质(9)，YSZ固体电解质(9)的左边和右边分别覆盖Al2O3绝缘带层A(7)的右半边和Al2O3绝缘带层B(8)的左半边；以及沉积在YSZ固体电解质(9)上面的上层多孔Pt电极A(10)和上层多孔Pt电极B(11)，上层多孔Pt电极A(10)在左、与下层多孔Pt电极A(5)形成一对电极，上层多孔Pt电极B(11)在右、与下层多孔Pt电极B(6)形成一对电极。2.根据权利要求1所述的宽域型氧传感器，其特征在于，所述氧参考室(2)和扩散室(3)均采用多孔YSZ陶瓷浆料制成，印刷厚度为25μm～200μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，孙志檬，刘皓，初菲，孙俊杰，
申请(专利权)人：明石创新产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：