一种用于氨氮气体检测的气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于氨氮气体检测的气体传感器及其制备方法，所述用于氨氮气体检测的气体传感器自基板向外包括气敏反应层以及多孔催化转化层；所述气敏反应层包括彼此分立且对称地设置于基板上表面两端的参比电极和敏感电极；所述多孔催化转化层包括设置于气敏反应层上方的多孔催化膜；所述敏感电极和基板之间还设置有测试电极。所述用于氨氮气体检测的气体传感器可以起到催化氨气和氮氧化物反应的作用，采用单元件形式达到同时对NH3和NO

【技术实现步骤摘要】
一种用于氨氮气体检测的气体传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于气敏传感器制造
，具体涉及一种用于氨氮气体检测的气体传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于目前严峻的环境保护形势和日益提高的对发动机尾气排放要求，开发出合适的气体传感器迫在眉睫。SCR技术作为发动机尾气后处理的普遍方法，其使用的还原剂为尿素水溶液。尿素水溶液在尾气管路中预热发生水解，生成氨气和水，由尿素水溶液产生的NH3将NO
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还原生成无害的氮气和水，达到除去NO
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的目的。为了调节发动机燃烧状态、控制尿素水溶液的喷射量和监控SCR的工作状态以及防止尿素水溶液的过量喷射导致多余氨气的排放，需在SCR催化器的出口监测NO
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和NH3的浓度，精确控制尿素水溶液的喷射量。可见，高效环保可控的尾气后处理方法和高性能车载NO
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与NH3传感器是构筑发动机尾气后处理系统不可或缺的关键技术。
[0003]目前，国际上成熟的NH3和NO
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混成型传感器类型主要是基于氧化锆(ZrO2)的电势型传感器。其中电势型NO
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传感器根据其电化学反应机理主要可以分成以下几种：平衡电势型、电流型和混合电位型。
[0004]平衡电势型是采用钠离子导体和贵金属电极，其反应机理是由于钠离子会与氮氧化物进行反应从而改变化学势。平衡电势型的优点在于测试精度高，但缺点是钠离子导体熔点都位于500℃左右，不适合发动机尾气的工况。电流型氮氧化物传感器是依靠两个氧泵来完成检测，该传感器具有良好的响应，但制作工艺复杂。混合电位型氮氧化物传感器是采用金属氧化物作为敏感电极，ZrO2作为氧离子导体，贵金属电极作为参比电极。氮氧化物会在敏感电极发生催化反应影响氧离子的传输，形成响应电势。该类型传感器集合了金属氧化物半导体和传统电势型传感器的优点，具有制作简单、灵敏度高等特点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于氨氮气体检测的气体传感器及其制备方法，所述用于氨氮气体检测的气体传感器中多孔催化膜起到催化氨气和氮氧化物反应的作用，采用单元件形式达到同时对NH3和NO
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都有响应，用于检测剩余气体的成分以及浓度，从而实现调控所搭载氨氮气体含量的目的。本专利技术所述用于氨氮气体检测的气体传感器可以很好地应用于发动机尾气的处理及检测。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种用于氨氮气体检测的气体传感器，所述气体传感器自基板向外包括气敏反应层以及多孔催化转化层；
[0008]所述气敏反应层包括彼此分立且对称地设置于基板上表面两端的参比电极和敏感电极；
[0009]所述多孔催化转化层包括设置于气敏反应层上方的多孔催化膜；
[0010]所述敏感电极和基板之间还设置有测试电极。
[0011]本专利技术所述用于氨氮气体检测的气体传感器中多孔催化转化层可以使NH3和NO
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气体进行反应相消，所述气敏反应层具有参比电极和敏感电极，可以检测进入多孔催化转化层催化后剩余的NH3或NO
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，剩余气体通过设计的多孔结构进入气敏反应层。通过响应结果来判断剩余气体的成分以及含量，从而调节所需的尿素喷射量。
[0012]优选地，所述基板的材质包括氧化锆、氧化铝或氧化硅中的任意一种，优选为氧化锆。
[0013]优选地，所述多孔催化膜上设置有至少2个孔洞，例如可以是2个、10个、30个、50个、70个或100个，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0014]本专利技术所述多孔催化膜覆盖了所述参比电极和敏感电极，所述多孔催化膜的表面积不大于所述基板的表面积。
[0015]本专利技术所述多孔催化膜设置有至少2个孔洞，所述多孔催化膜可以使NH3和NO
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气体进行反应相消，其设置孔洞的目的是为了同时实现NH3和NO
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的响应，同时实现催化、气敏反应，保障有冗余量。
[0016]优选地，所述参比电极的材质包括Pt或Au。
[0017]优选地，所述测试电极的材质包括Pt、Ag、Au或Pd中的任意一种。
[0018]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述用于氨氮气体检测的气体传感器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0019](1)采用丝网印刷的方式将参比电极浆料和测试电极浆料分别印刷在基板上，而后进行干燥以及烘干，得到参比电极以及测试电极；
[0020](2)混合敏感电极材料与印刷浆料，得到敏感电极印刷浆料，而后通过丝网印刷的方式将其印刷在步骤(1)所得测试电极上，再进行干燥以及烘干，得到敏感电极；
[0021](3)采用丝网印刷的方式将催化剂浆料按照设计图样印刷在敏感电极以及参比电极上，而后进行干燥以及烘干，得到设置有催化膜的传感器坯件；
[0022](4)将步骤(3)所述传感器坯件依次进行烧结以及冷却降温后得到所述用于氨氮气体检测的气体传感器。
[0023]本专利技术采用丝网印刷的方式分别制备参比电极、测试电极、敏感电极以及催化膜，丝网印刷技术具有附着力强、可以随意调节大小以及易于光敏反应的优势。
[0024]优选地，步骤(1)所述烘干的温度为60～100℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0025]优选地，步骤(1)所述烘干的时间为20～40min，例如可以是20min、25min、30min、35min或40min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0026]优选地，步骤(2)所述烘干的温度为60～100℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0027]优选地，步骤(2)所述烘干的时间为20～40min，例如可以是20min、25min、30min、35min或40min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0028]优选地，步骤(2)所述敏感电极材料与印刷浆料的质量比为(2～5):1，例如可以是
2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0029]优选地，步骤(2)所述敏感电极材料包括Cr2WO6/WO3纳米复合氧化物粉末、MnCr2O4粉末、CoWO4粉末、NiWO4或ZnWO4粉末中的任意一种或至少两种的组合。
[0030]优选地，所述Cr2WO6/WO3纳米复合氧化物粉末中W/Cr＝1:(0.5～6)，例如可以是0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1或6:1，但不限于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于氨氮气体检测的气体传感器，其特征在于，所述气体传感器自基板向外包括气敏反应层以及多孔催化转化层；所述气敏反应层包括彼此分立且对称地设置于基板上表面两端的参比电极和敏感电极；所述多孔催化转化层包括设置于气敏反应层上方的多孔催化膜；所述敏感电极和基板之间还设置有测试电极。2.根据权利要求1所述的用于氨氮气体检测的气体传感器，其特征在于，所述基板的材质包括氧化锆、氧化铝或氧化硅中的任意一种，优选为氧化锆；优选地，所述多孔催化膜上设置有至少2个孔洞。3.根据权利要求1或2所述的用于氨氮气体检测的气体传感器，其特征在于，所述参比电极的材质包括Pt或Au；优选地，所述测试电极的材质包括Pt、Ag、Au或Pd中的任意一种。4.一种如权利要求1
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3任一项所述用于氨氮气体检测的气体传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)采用丝网印刷的方式将参比电极浆料和测试电极浆料分别印刷在基板上，而后进行干燥以及烘干，得到参比电极以及测试电极；(2)混合敏感电极材料与印刷浆料，得到敏感电极印刷浆料，而后通过丝网印刷的方式将其印刷在步骤(1)所得测试电极上，再进行干燥以及烘干，得到敏感电极；(3)采用丝网印刷的方式将催化剂浆料按照设计图样印刷在敏感电极以及参比电极上，而后进行干燥以及烘干，得到设置有催化膜的传感器坯件；(4)将步骤(3)所述传感器坯件依次进行烧结以及冷却降温后得到所述用于氨氮气体检测的气体传感器。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述烘干的温度为60～100℃；优选地，步骤(1)所述烘干的时间为20～40min；优选地，步骤(2)所述烘干的温度为60～100℃；优选地，步骤(2)所述烘干的时间为20～40min。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述敏感电极材料与印刷浆料的质量比为(2～5):1...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧志成，郭新，潘希伟，张顺平，刘德文，
申请(专利权)人：凯龙高科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：