本发明专利技术公开了一种监测残氧浓度的浓差式氧传感器及其制备方法，其中，浓差式氧传感器的结构自上而下依次为：Al2O3基片、上层多孔Pt电极、钇稳定氧化锆固体电解质、下层多孔Pt电极、回字形致密钇稳定氧化锆层、Al2O3绝缘层和加热电极，其中，上层多孔Pt电极和下层多孔Pt电极上各连接有一根导电丝、加热电极上连接有两根导电丝，加热电极呈S形排布。本发明专利技术的有益之处在于：该浓差式氧传感器结构简化，加热均匀，能够在低氧环境中准确监测残氧浓度。能够在低氧环境中准确监测残氧浓度。能够在低氧环境中准确监测残氧浓度。
【技术实现步骤摘要】
一种监测残氧浓度的浓差式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，具体涉及一种监测残氧浓度的浓差式氧传感器及其制备方法，属于氧传感器
技术介绍
[0002]基于氧化锆固体电解质的氧传感器因具有响应快、寿命长等优势在医药、包装、存储等需要检测氧含量的场合发挥着重要作用。其中，浓差式氧化锆氧传感器由于电动势与待测气体中氧含量成对数关系(如图1所示)，在低氧浓度下(小于6％)具有较高的灵敏度，随着氧浓度的变化其浓差电势会出现较大的变化，因而可以在低氧环境中进行残氧含量监测，尤其是在低温、农副产品海上运输等严苛的环境下具有不可替代性。通过对环境中残氧浓度监测并根据监测结果调整工艺，从而可以保证氧敏感性制剂、食物等产品在常温下抑制产品变质，进而保证产品质量，并减少空调制冷费用。
[0003]目前，现有的浓差式氧传感器，其结构多为陶瓷流延的片式结构，结构复杂，需要多层流延基片，氧的传输路径较长，并且在工作过程中进行加热处理时功耗较大且不能保证加热的一致性，进而导致固体电解质层各个区域温度不一致，影响氧输运特性，最终造成氧传感器测量结果不准，尤其是低氧浓度环境下的残氧监测结果会出现较大偏差。
[0004]因此，亟需对浓差式氧传感器的结构做微型化处理，保证氧输运特性一致性，最终提升传感器测量结果的准确度。
技术实现思路
[0005]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化、加热均匀、能够在低氧环境中准确监测残氧浓度的浓差式氧传感器及其制备方法。
[0006]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]一种监测残氧浓度的浓差式氧传感器，其特征在于，结构自上而下依次为：Al2O3基片、上层多孔Pt电极、钇稳定氧化锆固体电解质、下层多孔Pt电极、回字形致密钇稳定氧化锆层、Al2O3绝缘层和加热电极，其中，上层多孔Pt电极和下层多孔Pt电极上各连接有一根导电丝、加热电极上连接有两根导电丝，加热电极呈S形排布。
[0008]一种前述的监测残氧浓度的浓差式氧传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]Step1：对Al2O3基片进行化学清洗；
[0010]Step2：将Al2O3基片固定在多靶磁控溅射的衬底盘上，设置溅射室环境参数；
[0011]Step3：在第一块Al2O3基片上依次溅射上层多孔Pt电极、钇稳定氧化锆固体电解质、下层多孔Pt电极和回字形致密钇稳定氧化锆层，溅射完毕后保留Al2O3基片，得到上半部分芯体；
[0012]Step4：在第二块Al2O3基片上依次溅射Al2O3绝缘层和加热电极，溅射完毕后去掉Al2O3基片，得到下半部分芯体；
[0013]Step5：在上层多孔Pt电极和下层多孔Pt电极上各连接一根导电丝、在加热电极上连接两根导电丝，将上半部分芯体与下半部分芯体叠加到一起并叠压得到初产品；
[0014]Step6：对叠压后得到的初产品进行热退火处理；
[0015]Step7：在上层多孔Pt电极、钇稳定氧化锆固体电解质、下层多孔Pt电极、回字形致密钇稳定氧化锆层和Al2O3绝缘层的外侧涂覆陶瓷密封胶。
[0016]优选的，在Step2中，溅射室的环境参数具体如下：真空抽至4
×
10
‑5Pa～6
×
10
‑3Pa，通入O2与Ar的混合气体，O2与Ar的体积比例为1：1～20，气体流速16sccm～75sccm。
[0017]优选的，在Step3中，溅射上层多孔Pt电极和下层多孔Pt电极的工艺参数为：以购买得到的电极用商业Pt靶材作为目标靶材，设置溅射室的压力为20Pa～80Pa、薄膜沉积速度为6nm/min～15nm/min、薄膜沉积厚度为0.2μm～3μm，采用直流溅射的方式进行溅射沉积。
[0018]优选的，在Step3中，溅射钇稳定氧化锆固体电解质的工艺参数为：将掺杂有质量比例为3％～8％的Y2O3的钇稳定氧化锆制备成溅射用靶材，设置靶基距为90mm、溅射室压力为0.1Pa～0.75Pa、薄膜沉积速度为2nm/min～5nm/min、薄膜沉积厚度为0.3μm～12μm，采用射频溅射的方式进行溅射沉积。
[0019]优选的，在Step3中，溅射回字形致密钇稳定氧化锆层的工艺参数为：将掺杂有质量比例为3％～8％的Y2O3的钇稳定氧化锆制备成溅射用靶材，首先利用PI高温胶带对下层多孔Pt电极进行溅射遮挡，然后设置沉积功率为400W、溅射室压力为0.1Pa～0.75Pa、薄膜沉积速度为2nm/min～5nm/min、薄膜沉积厚度为0.3μm～12μm，采用射频溅射的方式在下层多孔Pt电极上进行溅射沉积，溅射完毕机械撕掉PI高温胶带。
[0020]优选的，在Step4中，溅射Al2O3绝缘层的工艺参数为：将纯度为99％以上的氧化铝制备成靶材，设置沉积功率为400W、溅射室压力为0.1Pa～0.75Pa、薄膜沉积速度为2nm/min～5nm/min、薄膜沉积厚度为0.2μm～3μm，采用射频溅射的方式进行溅射沉积。
[0021]优选的，在Step4中，溅射加热电极的工艺参数为：以购买得到的电极用商业Pt靶材作为目标靶材，设置溅射室的压力为0.1Pa～0.75Pa、薄膜沉积速度为2nm/min～5nm/min、薄膜沉积厚度为0.2μm～3μm，采用直流溅射的方式进行溅射沉积，得到致密的呈S形排布的加热电极。
[0022]优选的，在Step5中，设置叠压施加的压力为0.5MPa～5MPa、叠压温度为50℃～100℃、叠压时间为15min～30min。
[0023]优选的，在Step6中，设置退火温度为500℃～1000℃、退火时间为0.5h～1.5h。
[0024]本专利技术的有益之处在于：
[0025](1)本专利技术提供的浓差式氧传感器，结构得到简化，自上而下共七层，回字形致密钇稳定氧化锆层的空腔与下层多孔Pt电极、绝缘层共同形成参考气体室；
[0026](2)本专利技术提供的浓差式氧传感器，采用磁控溅射工艺制备而成，整体厚度为1.6μm～39μm，属于微型化传感器，很大程度地降低了传感器在工作时热量的散失，降低了功耗；
[0027](3)本专利技术提供的浓差式氧传感器，加热电极7采用S型的排布方式，很大程度地改善了加热电极7的加热均匀性，保证了氧一致的输运特性，最终可以提升传感器监测残氧含量的准确度，实现在低氧环境中准确监测残氧浓度。
附图说明
[0028]图1是现有的浓差式氧化锆氧传感器在不同氧含量下的浓差电势图；
[0029]图2是本专利技术提供的浓差式氧传感器自上而下的结构示意图；
[0030]图3是本专利技术提供的浓差式氧传感器自下而上的结构示意图；
[0031]图4是本专利技术提供的浓差式氧传感器的分解图。
[0032]图中附图标记的含义：1
‑
Al2O3基片、2
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种监测残氧浓度的浓差式氧传感器，其特征在于，结构自上而下依次为：Al2O3基片(1)、上层多孔Pt电极(2)、钇稳定氧化锆固体电解质(3)、下层多孔Pt电极(4)、回字形致密钇稳定氧化锆层(5)、Al2O3绝缘层(6)和加热电极(7)，其中，上层多孔Pt电极(2)和下层多孔Pt电极(4)上各连接有一根导电丝、加热电极(7)上连接有两根导电丝，加热电极(7)呈S形排布。2.一种权利要求1所述的监测残氧浓度的浓差式氧传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：Step1：对Al2O3基片进行化学清洗；Step2：将Al2O3基片固定在多靶磁控溅射的衬底盘上，设置溅射室环境参数；Step3：在第一块Al2O3基片上依次溅射上层多孔Pt电极(2)、钇稳定氧化锆固体电解质(3)、下层多孔Pt电极(4)和回字形致密钇稳定氧化锆层(5)，溅射完毕后保留Al2O3基片，得到上半部分芯体；Step4：在第二块Al2O3基片上依次溅射Al2O3绝缘层(6)和加热电极(7)，溅射完毕后去掉Al2O3基片，得到下半部分芯体；Step5：在上层多孔Pt电极(2)和下层多孔Pt电极(4)上各连接一根导电丝、在加热电极(7)上连接两根导电丝，将上半部分芯体与下半部分芯体叠加到一起并叠压得到初产品；Step6：对叠压后得到的初产品进行热退火处理；Step7：在上层多孔Pt电极(2)、钇稳定氧化锆固体电解质(3)、下层多孔Pt电极(4)、回字形致密钇稳定氧化锆层(5)和Al2O3绝缘层(6)的外侧涂覆陶瓷密封胶。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在Step2中，溅射室的环境参数具体如下：真空抽至4
×
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‑5Pa～6
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10
‑3Pa，通入O2与Ar的混合气体，O2与Ar的体积比例为1：1～20，气体流速16sccm～75sccm。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在Step3中，溅射上层多孔Pt电极(2)和下层多孔Pt电极(4)的工艺参数为：以购买得到的电极用商业Pt靶材作为目标靶材，设置溅射室的压力为20Pa～80Pa、薄膜沉积速度为6nm/min～15nm/m...
【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，孙志檬，初菲，刘皓，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：
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