NiO敏感电极NH3传感器制备及其响应性能

以NiO为敏感电极材料,钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷片为电解质材料,采用丝网印刷技术制备了片式混合电势型NH3传感器,对传感器在不同NH3浓度和不同工作温度下响应性能进行了研究.结果显示:在工作温度为550℃时,传感器对NH3的响应值最大,达到-57 mV.制备的传感器在550℃时,对(50～600)×10-6 NH3具有良好的响应性能,响应信号与NH3浓度的对数呈现出良好的线性关系.在550℃高温时,传感器表现较好的重复性,但其交叉敏感性有待提高.为阐述传感器的敏感机理,进行了交流阻抗测试研究.     

抵偿型CO传感器的制备及性能研究

以质量分数0.3的In2O3掺杂ZnO电极材料作为敏感电极,Pt为参比电极,在1200℃下烧结制备了(ZnO+质量分数0.3的In2O3)/YSZ/Pt结构的CO传感器。保持O2的体积分数为5%不变,在450℃~550℃下测试其对浓度为2×10-4的CO气体的响应。实验表明,工作温度为500℃时,传感器的响应值达到最大(-59 mV),接近未掺杂之前的两倍,使得传感器的灵敏度得到极大极高。为了克服C3H6气体的干扰(响应值在-50 mV以上),借鉴混合电位理论,用柱状形貌Cr2O3材料替代Pt做参比电极制备了抵偿型CO传感器,并测试其敏感性能。结果表明,该传感器对CO的响应值只减小了-11 mV(为-48 mV),而对C3H6的响应则呈现出大幅度衰减(-10 mV以下),明显提高了传感器的选择性。最后,对此现象,我们采用相应的传感器敏感机理进行了探讨。     

CuFe2O4敏感电极微观结构对电势型氨传感器氨气响应性能的影响

以CuFe2O4为敏感电极,YSZ为固体电解质的电势型气体传感器被制备用于汽车尾气中氨气浓度的检测。CuFe2O4被溶胶－凝胶法制备并在900℃煅烧获得,通过分别在950℃ 、1000℃和1050℃烧结获得了具有不同微观结构的CuFe2O4敏感电极,并在650℃评估了它们的氨气响应性能,发现电极微观结构对响应性能有较大影响?1000℃烧结传感器的氨敏感度最高,其值为-68.5mV/decade。对320×10-6和20×10-6浓度的氨气的响应信号值分别高达-92.3mV和-8.3mV。它的优异性能与SEM和BET结果显示的它具有最多的TPB数量,适中的电极厚度和孔隙率有关,也通过EIS和极化测试被证实,传感器也拥有较好的氨气选择性和长期稳定性,表明CuFe2O4在电势型NH3传感器的实际应用中具有较好的潜力。     

CO-C7H8双功能一体化固体电解质气体传感器的研制

采用溶胶-凝胶法合成NASICON固体电解质,并以NASICON为基体材料,Y2O3及ZnTiO3为敏感电极制作管式CO-C7H8双功能一体化气体传感器。研究表明,在350~450℃时,CO及C7H8浓度在(5~50)×10-6体积分数范围内,器件的EMF值与CO和C7H8浓度的对数分别呈现较好的线性关系。器件在400℃时对CO和C7H8的灵敏度分别为-40和64mV/decade。并且器件在此温度下表现出较好的选择性和响应恢复特性。     

基于NiFe2O4-SE的电势型氨气传感器件的性能研究

使用溶胶-凝胶法制备并在900 ℃煅烧6 h获得了NiFe2O4粉体,用于制备敏感电极。采用流延技术制备了5YSZ膜和Al2O3膜,并在膜上分别丝网印刷了参比电极和加热电极,将它们叠层并在1480 ℃烧结后,再印刷NiFe2O4敏感电极并在1150 ℃烧结,最终获得了电势型NH3传感器件。在11 V、13 V和15 V的加热电压下测试了器件的NH3响应性能,响应性能在13 V和15 V时较稳定,NH3敏感度分别为-47.24 mV/decade和-28.57 mV/decade。并在13 V加热电压下研究了器件对320 ppm和200 ppm NH3 混入不同浓度NO2后的响应信号,发现测试气氛中NH3浓度较高时的抗NO2信号干扰能力较强。还在此加热电压下研究了氧气浓度由10%变化到7%、4%和14%时器件对320 ppm NH3的响应信号,发现氧气浓度低时的响应信号变化率较大。     

固体电解质电位型CO气体传感器的研究

以NASICON(钠超离子导体)固体电解质为离子导电层,Y2O3为敏感电极研制了一种用于测定CO的电化学气体传感器.结果表明,器件对(5～50)×10-6范围内的CO具有较好的敏感特性.在400℃下,器件对CO的灵敏度为-45 mV/decade.并且器件对CO具有较高的选择性和良好的响应恢复特性.     

Li2CO3-YSZ-SrCO3敏感电极的CO2电化学传感器研究

借助X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)分析方法,研究以Li2CO3-YSZ-SrCO3作为敏感电极的氧化锆(YSZ)固体电解质CO2传感器.结果表明,在实验条件(450℃,CO2浓度(34 100 ～ 576 800)×10-6)下,传感器对CO2浓度变化具有准确、快速的响应.Li2CO3-YSZ-SrCO3电极烧制温度对其性能有影响.750℃烧制时,ZrO2与Li2CO3和SrCO3反应较充分;725℃烧制时,反应较浅.比较而言,725℃烧制的传感器响应较好.     

氧气对NOx传感器气敏特性的影响

实验采用丝网印刷技术制作了以钇稳定氧化锆固体电解质(YSZ)为固体电解质、NiO为敏感电极和Pt为参考电极的混合电位型NOx传感器,并在高温(450～750 ℃)含NO和O2气氛中测试其气敏性能.测试结果显示该传感器在450～500 ℃和550～750 ℃时分别表现为电势幅值随温度升高而减小的正电势和负电势;同一NO浓度下,电势和半圆弧型阻抗谱只是随着O2含量在一定范围内的增大而分别增大和缩小.考虑到O2会把NO氧化成NO2,同时结合对传感器的理化性能、响应电势和阻抗谱及工作机理的的分析,研究了O2对NOx传感器气敏性能的影响.     

固体电能质SO2气体传感器特性研究

采用溶胶-凝胶法合成NASICON固体电解质及ZnSnO3复合金属氧化物材料,并以NASICON为基体材料,ZnSnO3为敏感电极制作管式SO2气体传感器.研究表明.在325～430℃时,SO2浓度在(5～50)×10-6体积分数范围内,器件的EMF值与SO2浓度的对数呈现较好的线性关系.器件在375℃时对SO2的灵敏度达到255mV/decade,并且器件在此温度下表现出较好的选择性和响应恢复特性.最后对其敏感机理进行了分析.     

NASICON固体电解质VOC气体传感器研究

采用溶胶-凝胶法制备NASICON（钠超离子导体）和NiCrxMn2-xO4材料,以NASICON为离子导电层,尖晶石结构材料NiCrxMn2-xO4（x=0.6-1.4）为敏感电极构建混成电位型VOC气体传感器。结果表明,以NiCr0.6Mn1.4O4为敏感材料制作的气体传感器对正己醇,苯,甲醛和甲醇具有较好的响应。在350℃时,对100×10-6正己醇、甲醛和甲醇的EMF变化分别为116、73和60 mV。对10×10-6~300×10-6正己醇的灵敏度可达到89 mV/decade。另外,传感器具有良好的可再现性,较快的响应恢复速率以及较宽的测试范围。     

WO_3掺杂NiO的气敏性能研究

用水热法制备出NiO纳米粉体,对其进行了WO3系列掺杂。利用XRD对产物晶相结构进行表征,测试了掺杂材料的气敏性能。结果表明:适量WO3的掺杂明显改善了NiO材料的气敏性能,其中,掺杂质量分数为6%的气敏元件性能最好,350℃时对Cl2的灵敏度可达到37.5,200℃时对H2S的灵敏度可达30.4。说明该元件在不同温度下对不同气体具有选择性,且该元件对H2S响应恢复快。     

Mixed-potential-type zirconia-based NO2 sensor with high-performance three-phase boundary

This paper focuses on the gas sensing properties of the mixed-potential-type NO₂ sensor based on yttria stabilized zirconia (YSZ) and NiO electrode. The sensing performance of the sensor was improved by modifying the three-phase boundary (TPB). Hydrofluoric acid with different concentrations (10%, 20% and 40%) was used to corrode YSZ substrate to obtain large superficial area of TPB. The scanning electron microscope and atomic force microscopic images showed that the 40% HF could form the largest superficial area at the same corroding time (3 h). The sensitivity of the sensor using the YSZ plate corroded with 40% hydrofluoric acid to 20-500 ppm NO₂ was 76 mV/decade at 850 °C, which was the largest among the examined HF concentrations. It was also seen that the sensor showed a good selectivity and speedy response kinetics to NO₂. On the basis of the measurements of anodic and cathodic polarization curves, as well as the complex impedance of the device, the sensing mechanism was confirmed to involve a mixed potential at the oxide sensing electrode.     

固体电解质硫化氢气体传感器的特性研究

采用溶胶-凝胶法制备NASICON(钠离子导体)固体电解质及镍/钛复合氧化物材料。并以NASICON为离子导电层,镍/钛复合氧化物为敏感电极制作固体电解质硫化氢气体传感器。在260-380℃温度范围内,以镍/钛复合氧化物为敏感电极制作的器件对1.10-6～100.10-6硫化氢具有良好的敏感特性。在320℃时器件的灵敏度(斜率)为-72.4mV/decade。并且器件具有良好的选择性、抗湿性及响应恢复特性。器件对5.10-6,50.10-6硫化氢的响应时间为10s,4s和20s,40s。最后对器件的敏感机理做了分析。     

PPB级锆基安培型NO气体传感器性能的研究

采用丝网印刷技术制备了以In2O3为敏感电极的锆基安培型三电极NO传感器用以探测10-9级NO气体。用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）对该传感器进行了理化分析;通过测量其在不同温度和不同NO浓度的气氛中的伏安特性曲线和时间响应曲线,研究了传感器的电流输出信号和NO浓度的关系以及时间响应特性。实验表明：在350℃~500℃测试温度范围内,极化电压为-60 mV,NO浓度变化为0~900×10-9时传感器响应电流的变化值Δcurrent和NO浓度之间存在较好的线性关系并且传感器在400℃时响应值最大。在被测气体总流量为100 cm3/min时,传感器信号90%的响应和恢复时间分别为18 s和12 s。传感器信号不受CO2浓度变化的影响,传感器的响应信号在测试时间里具有较好短期稳定性,但长期稳定性有待进一步提高。本文还采用阻抗谱分析方法对传感器的响应机理进行了初步的探索。     

Cu20纳米晶制备及其在乙醇气体传感器中的应用

以CuCl2·H2O为主要原料,抗坏血酸作还原剂,聚乙二醇-20000（PEG-20000）作表面活性剂,利用化学混合法制备了纳米晶结构的Cu2O纳米立方体。研究了pH值对Cu2O纳米结构的影响,并用XRD和SEM对产物的物相和形貌进行了表征。将粉体制成气敏元件,气敏性能测试结果表明：该Cu20纳米晶对乙醇气体具有较高的灵敏度和选择性。600℃热处理2h材料气敏特性最好,在最佳工作温度（360℃）下对体积分数为0．006％的乙醇气体灵敏度可达到38％,达到了口腔乙醇气体体积分数检测限度0．008％的要求。     

固体电解质电位型甲烷传感器的气敏性能研究

研究了甲烷浓度和工作温度对氧化锆基混合电位型传感器响应值的影响.以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为固体电解质,氧化锡(SnO2)为工作电极的传感器对(200~1000)×10 -6浓度的甲烷具有良好的传感性能,传感器响应值与甲烷浓度的对数值呈良好的线性关系,传感器在650℃时具有良好的传感性能,其中响应时间和恢复时间均低至5 s.     

固体电解质SO2气体传感器的特性研究

采用溶胶-凝胶法合成NASICON固体电解质及ZnSnO3复合金属氧化物材料,并以NASICON为基体材料,ZnSnO3为敏感电极制作管式SO2气体传感器。研究表明,在325-430℃时,SO2浓度在（5～50）×10^-1体积分数范围内,器件的EMF值与SO2浓度的对数呈现较好的线性关系。器件在375℃时对SO2的灵敏度达到255mV／decade,并且器件在此温度下表现出较好的选择性和响应恢复特性。最后对其敏感机理进行了分析。     

Solid-state potentiometric SO2 sensor combining NASICON with V2O5-doped TiO2 electrode

A compact tubular sensor based on NASICON (sodium super ionic conductor) and V₂O₅-doped TiO₂ sensing electrode was designed for the detection of SO₂. In order to reduce the size of the sensor, a thick-film of NASICON was formed on the outer surface of a small Al₂O₃ tube; furthermore, a thin layer of V₂O₅-doped TiO₂ with nanometer size was attached on the NASICON as a sensing electrode. This paper investigated the influence of V₂O₅ doping and sintering temperature on the characteristics of the sensor. The sensor attached with 5 wt% V₂O₅-doped TiO₂ sintered at 600 °C exhibited excellent sensing properties to 1–50 ppm SO₂ in air at 200–400 °C. The EMF value of the sensor was almost proportional to the logarithm of SO₂ concentration and the sensitivity (slope) was −78 mV/decade at 300 °C. It was also seen that the sensor showed a good selectivity to SO₂ against NO, NO₂, CH₄, CO, NH₃ and CO₂. Moreover, the sensor had speedy response kinetics to SO₂ too, the 90% response time to 50 ppm SO₂ was 10 s, and the recovery time was 35 s. On the basis of XPS analysis for the SO₂-adsorbed sensing electrode, a sensing mechanism involving the mixed potential at the sensing electrode was proposed.