本发明专利技术属于气体传感器技术领域，具体涉及一种具有高效三相界面的基于多孔YSZ基板的混成电位型二氧化氮传感器及其制备方法，该传感器主要用于汽车尾气的检测。传感器依次由带有Pt加热电极的Al2O3陶瓷板、一侧具有造孔表面的多孔YSZ基板、Pt参考电极和MnCr2O4敏感电极组成，其中参考电极和敏感电极均为条状，且对称的位于多孔YSZ基板造孔表面靠近边界处的两端；多孔YSZ基板具有平面双层结构，表面粗糙多孔，其是在YSZ流延素坯上再流延一层已添加造孔剂淀粉的YSZ浆料经低温脱脂和高温烧结后制备得到。本发明专利技术通过使用MnCr2O4作为敏感电极和增加混成电位型NO2传感器的三相界面来提高传感器的灵敏度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体传感器
，具体涉及一种具有高效三相界面的基于多孔 YSZ基板的混成电位型二氧化氮传感器及其制备方法，该传感器主要用于汽车尾气的检测。
技术介绍
能源和环境问题已经成为制约人类社会发展的瓶颈，在全球范围的节能减排已迫在眉睫；作为迅速崛起的大国，我国正在承担起相应的责任，特别重视节能减排。对于汽车而言，节能减排的关键是改善发动机技术。稀燃发动机是在大于理论空燃比14.6(A/F> 20，最大为观 30)条件下进行的燃烧，由于燃料的充分燃烧，使得稀燃发动机具有比动力输出高、燃料利用率高、CO和HC排放量小等优点；但排气中过量O2使得传统三元催化剂净化系统无法有效除去N0X，需要在其后增设NOx吸藏型还原催化剂进行二次净化处理。在这个净化系统中，两个NOx传感器分别被设置在吸藏型催化剂的前后，与&传感器协同工作， 分别用来控制发动机的燃烧状态和监视吸藏型催化剂是否饱和。当NOx传感器判断吸藏型还原催化剂接近饱和时，通常用含有CO和HC的未燃汽油来还原分解吸藏的NOx使催化剂再生，这是构筑稀燃发动机NOx净化系统的关键技术之一。这种用途的NOx传感器除应具有良好的灵敏度之外，还应具有良好的高温稳定性和抗共存气体干扰的特性。基于固体电解质和氧化物电极的混成电位型传感器除具有灵敏度高、响应恢复快、选择性好和可靠性高等优点外，典型的固体电解质——稳定氧化锆(YSZ)和氧化物电极材料具有良好的热稳定性和化学稳定性，因此由二者构成的NOx传感器在汽车排气监控领域具有潜在的重要应用。目前，限制这种传感器实用化的一个主要因素就是灵敏度还达不到实用的要求。 为了提高传感器的灵敏度，可以从提高传感器三相界面的角度来改善其性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于平面YSZ基板的混成电位型二氧化氮传感器及其制备方法。本专利技术独特的将双层流延技术与造孔技术结合，以淀粉为造孔剂，在流延素坯上再流延一层含有淀粉造孔剂的YSZ素坯，并在1500°c下烧结排除淀粉并成型，形成表面多孔的YSZ基板，从而达到增加三相界面的目的，提高灵敏度。本专利技术所述一种基于多孔YSZ基板的混成电位型NO2传感器，依次由带有Pt加热电极的Al2O3陶瓷板、多孔YSZ (掺杂8%质量AO3的&02)基板、Pt参考电极和MnCr2O4敏感电极组成，其中参考电极和敏感电极均为条状，且对称的位于多孔YSZ基板造孔表面靠近边界处的两端；多孔YSZ基板的一个表面通过无机粘合剂与Al2O3陶瓷板粘合在一起，另一个表面粗糙多孔，其是在YW流延素坯上再流延一层已添加造孔剂淀粉的YW浆料，经低温脱脂和高温烧结后制备得到，造孔剂淀粉的质量为YSZ粉体质量的5 15%。本专利技术首次提出通过双层流延技术来构筑高性能的三相反应界面，进而提高传感器的敏感性能，这种方法利于降低成本。本专利技术所述基于多孔YSZ基板混成电位型NO2传感器的制备方法，其步骤如下一、多孔YSZ基板的制作(1)浆料的制备 配制两种浆料(浆料A和浆料B)，浆料A中，在YSZ粉体(掺杂8wt % Y2O3的&02) 中添加溶剂乙醇(占YSZ粉体质量的30 40%，下同)、溶剂丁酮(75 85%)、粘结剂(聚乙烯醇烯丁醛PVB，10 15%)、分散剂(三乙醇胺，5 15% )和塑形剂(邻苯二甲酸二乙酯DEP，25 30% )，搅拌均勻后得到不加淀粉的浆料A ；其中溶剂乙醇和丁酮将各种粉体及添加剂溶解在一起；粘结剂PVB将YSZ颗粒粘结的更紧密，使流延后的素坯不会干裂； 分散剂三乙醇胺使得各个组分之间分散均勻；塑形剂则用来降低粘结剂的粘化温度，使得在室温25°C下素坯具有一定韧性。浆料B在浆料A的基础上，再添加YSZ粉体质量5 15 %的淀粉，搅拌均勻后得到添加淀粉的浆料B。然后将两种浆料分别球磨10 1 后，分别加入粘结剂PVB，质量等同于第一次所加入的PVB的量，再次球磨10 15h，于真空搅拌机内均勻除泡1 池。(2)流延过程将浆料A在流延机的加热板上进行第一次流延，然后于20 50°C条件下干燥5 15h ；再以浆料A的流延素坯作为基底，将浆料B在浆料A的流延素坯上进行第二次流延，在 20 80°C条件下干燥M 72h，最后得到胶皮状双层素坯。(3)烧结a.低温脱脂将胶皮状双层素坯在300 500°C烧结3 乩，然后降至室温；b.高温烧结将脱脂后的胶皮状双层素坯以1 2°C /min的升温速率升温至 400 600°C，并保持3 6h，后以相同的速率升温至700 900 V并保持3 6h，再以同样速率升温至1400 1500°C，保持3 6h后；然后降温至室温(25°C )，降温速率为2 40C /min，从而得到多孔YSZ基板，其一侧具有造孔表面；包含淀粉在内的添加剂均在400 900°C温度范围内被排除干净，含有淀粉的胶皮状双层素坯在1400 1500°C高温烧结后，由于淀粉的分解排除，会在YSZ素坯上原来淀粉的位置处留下孔隙，从而达到造孔即增加三相接触面积的目的，使得平面YSZ基板的一侧具有造孔表面。二、NO2传感器的制作将多孔Y^基板切割，然后在基板造孔表面靠近边界处的一端制作Pt参考电极， 再对称的在YSZ基板造孔表面靠近边界处的另一端制作同样尺寸的MnCr2O4敏感电极，在Pt 参考电极和MnCr2O4敏感电极上引出Pt电极引线；再将多孔YSZ基板在1000 1200°C下烧结3 他，从而排除钼浆中的松油醇、MnCr2O4中的去离子水及其它添加物，然后降至室温 25 0C ；接下来利用无机粘合剂(Al2O3和水玻璃Na2SiO3 · 9H20，质量比4 1混合)将上述制备的带有参考电极和敏感电极的多孔YSZ基板和带有Pt加热电极的Al2O3陶瓷板粘合在一起，在Pt加热电极上引出Pt电极引线。其中，带有Pt加热电极的Al2O3陶瓷板是在Al2O3陶瓷板上通过丝网印刷Pt加热器得到，一体作为器件的加热板使用。将粘合后的器件在300 600°C下烧结3 6h，然后降至室温25°C ；再将器件进行焊接、封装，从而制备得到混成电位型传感器。混成电位型传感器的敏感机理是当NO2和&共存时，在气体/氧化物电极/稳定氧化锆的三相界面处，发生M)2的电化学氧化反应和氧的电化学还原反应N02+2e" — N0+02- (1)O2- — 1/202+2" (2)反应(1)和(2)构成一个局部电池，当两个反应的速率相同时，在敏感电极上的电位就称为混成电位，它与参考电极的电位差作为传感器的检测信号。为了提高传感器的灵敏度，设计良好的三相反应界面，增大固体电解质和参考电极以及敏感电极接触面积，有效提高三相界面的面积和电子转移速率，进而大幅度提高电化学反应速率，达到提高灵敏度的目的。而在本专利技术中，由于使用了双层流延和淀粉造孔技术，在YSZ的表面使用淀粉作为造孔剂，高温烧结后淀粉的排除使YSZ表面形成多孔的粗糙结构。由于敏感电极和参考电极均位于这种多孔YSZ基板的表面，在电极、YSZ以及待测气体的三相界面处，这种由多孔结构为有效的提高了其接触面积，增加了电化学反应的速率，进而提高传感器的灵敏度。本专利技术的优点(1)传感器利用典型的固体电解质——稳定氧化锆(YSZ)和本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：梁喜双，尹成果，卢革宇，历建国，刁泉，张含，厉健峰，胡光斓，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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