《鋯基電位型CO傳感器的制備及其響應(yīng)性能研究》.pdf

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1、第28卷第3期，2015年7月寧波大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版)首屆中國高校優(yōu)秀科技期刊獎Vo1．28No．3，July2015JOURNALOFNINGBOUNIVERSITY(NSEE)浙江省優(yōu)秀科技期刊一等獎鋯基電位型CO傳感器的制備及其響應(yīng)性能研究洪磊，金涵，孫壽通，簡家文(寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，浙江寧波315211)摘要：為提高CO傳感器的靈敏度，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備了一系列以釔穩(wěn)定氧化鋯為固體電解質(zhì)、以ZnO材料中摻雜不同比例的In2o3為敏感電極、以Pt為參比電極的片式結(jié)構(gòu)電位型CO傳感器，并于特定的工作

2、條件下測試其對不同氣體組分的響應(yīng)性能．結(jié)果表明，當(dāng)摻雜比例為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0_3燒結(jié)溫度為1200qE~-Y-作溫度為500oC時，傳感器對C0氣體的響應(yīng)值最大，達(dá)到一59my,接近未摻雜前的2倍，傳感器的靈敏度有很大提高．并為闡述傳感器的敏感機(jī)理，開展了相應(yīng)的材料結(jié)構(gòu)表征(XRD／SEM)和電化學(xué)催化活性(阻抗譜)測試研究．關(guān)鍵詞：電位型CO傳感器；敏感電極；摻雜比例；響應(yīng)值；敏感機(jī)理中圖分類號：TP212．2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001—5132(2015)03-0019．05隨著現(xiàn)代交通的迅猛發(fā)展，汽車尾氣的

3、過量1實(shí)驗(yàn)排放，人為地向大氣中排放的CO氣體越來越多，給人類健康帶來了極大危害．CO氣體主要通過呼1．1傳感器制備吸進(jìn)入人體，它們與血紅蛋白結(jié)合能力要比02大選用流延法制備的尺寸為6_3mmx6-3mmx0_3200～300倍，所以CO進(jìn)入血液后，會使血液輸氧mm、釔摩爾分?jǐn)?shù)為8％的氧化鋯生瓷片，在空氣環(huán)能力降低甚至失去輸氧能力，導(dǎo)致人體缺氧；輕度境中，于400oC排膠2h后，在高溫1450℃下燒結(jié)中毒有頭痛、惡心等癥狀，嚴(yán)重時則昏迷、痙攣甚2h，形成YSZ基片．至死亡[-．將ZnO(分析純)粉末(一般為10ra

4、g)摻入In203因此，控制汽車尾氣中CO的排放已成為環(huán)境粉末(LL例為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．1～0．5，0．1遞增)，再與松油保護(hù)刻不容緩的工作．基于釔穩(wěn)定氧化鋯(Yttria—醇漿料(由松油醇+乙基纖維素配制)按照1：1配比StablilzedZirconia，YSZ)固體電解質(zhì)的全固態(tài)電化于瑪瑙研缽中，混合并研磨均勻，采用絲網(wǎng)印刷技學(xué)型CO傳感器由于能對汽車尾氣中CO含量簡便術(shù)將其印刷在YSZ基片的某一側(cè)，點(diǎn)上少許鉑(Pt)快速地實(shí)時監(jiān)測，因而受到了廣泛的關(guān)注J．漿(TR27905型，日本田中貴金屬工業(yè)株式會社)，目

5、前，傳統(tǒng)的CO傳感器通常采用ZnO、CdO、并引出Pt絲作為敏感電極(SensingElectrode，SE)．SnO2、Nb2O5、ZnCr204等作為敏感電極材料，取得然后，將鉑漿與松油醇漿料按照2：1的配比，依據(jù)了很多令人可喜的成果，但此類傳感器的靈敏度同樣方法制備出參比電極(ReferenceElectrode，RE)不是很高，同時由于碳?xì)浠衔锏拇嬖趯O氣體最后，放入干燥箱中于140oC下烘干1h后，置于的響應(yīng)造成極大干擾，傳感器的選擇性也較差【6]．PtSE筆者采用In203摻雜ZnO材料(比例為質(zhì)

6、量分?jǐn)?shù)YSZ0．1～0．5)作為敏感電極來制備鋯基電位型CO傳感REPt器，相比單一的ZnO材料，在大大提高傳感器靈敏度的同時，一定程度上還提高了傳感器的選擇性．圖1傳感器樣品結(jié)構(gòu)示意圖收稿日期：2015-01—05．寧波大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版)網(wǎng)址：http：／／journallg．nbu．edu．cn／基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(61471210)；浙江省科技廳重大科技專項(xiàng)重點(diǎn)工業(yè)項(xiàng)目(2011C16037)；寧波市自然科學(xué)基金(2013A610002)第一作者：洪磊(1990一)，男，安徽合肥人，在讀碩士研究生，

7、主要研究方向：鋯基氣敏傳感器．E-mail：hongshaolong@126．tom·通信作者：簡家文(1967一)，男，河南淮濱人，教授，主要研究方向：氣體敏感材料．E-mail：jianjiawen@nbu．edulcn第3期洪磊，等：鋯基電位型CO傳感器的制備及其響應(yīng)性能研究>呂＼趔獸2．1．2SEM分析ZnO中摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)0-3的In2O30時，O在體0積O分?jǐn)?shù)OOO以ZnO摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)O_3的In203為敏感電極，5％的O2環(huán)境下，傳感器對體積分?jǐn)?shù)為200x10時以1000～1300oC為燒結(jié)溫度制備傳

8、感器樣品，進(jìn)各目標(biāo)氣體的響應(yīng)．可以看到，雖然C3H6的干擾行掃描電鏡分析(SEM)，測試結(jié)果如圖4所示．其依然存在，但較之未摻雜之前，傳感器的選擇性顯中，圖4(a)為敏感電極表面的SEM圖譜，可以看到，著提高．晶粒排列疏松，呈0．5～2gm大小不等的不規(guī)則多面體，且隨著燒結(jié)溫度的升高，晶粒的直徑和晶粒問的孔隙都越來越大．圖4(b)為橫截面(敏感電極與YSZ接觸面)的SEM