丝网印刷法制备极限电流氧传感器扩散孔的研究

为了研究采用丝网印刷法制备的小孔扩散障对极限电流氧传感器的影响,采用流延法制备8%molY_2O_3稳定ZrO_2(8YSZ)膜片;通过丝网印制法制备了敏感电极和扩散障,最后通过共烧获得小孔扩散障型极限电流氧传感器。利用扫描电镜(SEM)等手段对氧传感器进行物理结构的表征,发现通过丝网印刷获得的传感器扩散障结构良好,多层对位效果良好。通过计算验证了8YSZ电导率能产生足够大的泵氧电流。进一步对传感器的气敏特性进行测试,发现传感器具有一定的饱和平台,工作温度对极限电流具有一定的影响,同时发现极限电流与氧气浓度存在正常扩散模型的线性关系。     

基于LSCM/3YSZ致密扩散障型极限电流氧传感器的研究

采用固相法制备了LSCM(La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3)粉体。按不同质量比将其与3%-mol氧化钇稳定氧化锆粉体(3YSZ)混合,制备得到系列混合导体。根据热膨张系数、微观形貌等物理特性,选取合适比例的混合导体。采用Pt浆粘合法将其与8YSZ固体电解质叠层制作成致密扩散障型极限电流氧传感器。经测试,使用LSCM质量比分别为60%和70%的混合导体作为致密扩散障时,对应的氧传感器在973 K氧浓度分别为6 000×10-6～2.28%和1.22%～8.01%范围内具有良好的测氧特性,并且极限电流与氧浓度之间存在良好的线性关系;其在不同氧浓度下的响应时间曲线显示传感器重复性好,响应时间约数十秒。     

CeO_2基极限电流氧传感器的研究

采用Gd掺杂的CeO2(Ce0.8Gd0.2O1.9,CGO)粉体,干压成型后于空气气氛下1450℃烧结4 h。通过物理特性分析,发现在该烧结制度下烧结成型的样品基本满足氧传感器对敏感材料的要求。制备了一种新型结构的致密扩散障型极限电流氧传感器。经测试,发现该传感器在较高氧体积分数范围内有较好的极限电流特性,并为此建立了相关的理论模型,较好地解释了此类传感器极限电流和氧体积分数的关系。     

ZrO2氧传感器电极保护层的模拟

汽车尾气净化用ZrO2气体氧传感器的外电极表面常有陶瓷多孔层,用含有一个扩散孔的致密陶瓷构件(扩散障)模拟该陶瓷多孔层.测量了带扩散障的ZrO2气体氧传感器的伏安曲线,并对该伏安曲线进行解析和数学模拟.发现氧气在扩散孔中扩散受阻时引起了电极极化,其极化程度与直流电流大小、温度、扩散孔几何尺寸、氧气的浓度等有关.给出了相应的数学表达式,其模拟伏安曲线与实际测量结果能较好的吻合.     

复合障碍层限流型氧传感器的研究

本文采用一种新的制备工艺-共压共烧法,以8mol%Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)为固体电解质,混合导体材料La0.8Sr0.2MnO3和YSZ的混合物作复合障碍扩散层,成功制备出了限流型氧传感器.借助动态电位扫描分别研究了电流与施加电压的关系,极限电流与氧浓度的关系.结果表明,在T=998K,氧浓度为0～3.375 ppm时该传感器给出了较好的电流平台,极限电流与氧浓度存在很好的线性关系,相关系数达到0.99以上.该传感器对微量的氧有很好的敏感性,与以往的极限电流氧传感器相比具有结构简单,成本低廉等优点.     

一种宽域型氧气传感器的制备及其性能研究

采用流延技术制备了YSZ电解质膜,并在其两面丝网印刷了电极和扩散障,将它们叠层共烧获得了氧气传感器,再将它与在氧化铝基片上丝网印刷铂浆制备的加热器组装获得了传感器器件,并测试了相关性能。加热器温度随输入电压增大而迅速上升。在13V时可达690 ℃。通过对传感器在空气中线性电压扫描测试,典型的极限电流平台在输入电压为9V、11V和13V时均被发现,表明它在此工作温度范围内具有监测21%下氧气浓度的能力。扫描电压固定在0.7V又在这三种工作温度下测试了它对1%-21%范围内不同浓度氧气的响应电流信号。发现传感器可在10s内快速响应。信号值与氧气浓度间存在较好的线性关系,且重复性好,表明它具有快速监测宽域氧气浓度的稳定性能。     

氧化锆粉体对片式氧传感器性能的影响

实验中采用的三种粉体,对其化学成分、物相组成、颗粒形貌、比表面积、和流延配方的匹配性、烧结性能、制备的片式传感器的性能进行了综合评估。结果表明POWDER A粉体适合流延成型,但是烧结温度较高(1 500℃),且烧结陶瓷中会有较多的小尺寸的气孔存在,这是由于粉体中存在两种物相的氧化锆,可以制备出有很好响应的片式氧传感器。POWDER C粉体流延时制备的基片性能较软,导致后续工艺较难完成,且制备的片式传感器样品没有测得信号;POWDER B粉体制备的基片较脆,且其中的杂质含量较高,制备的片式传感器样品没有测得信号。得出对流延成型制备片式氧传感器用YSZ粉体的要求:Si及Fe的含量尽可能少;颗粒具有粒径小、粒度分布单分散;比表面积控制在12~15 m2/g左右。     

基于LaFeO3/YSZ/Pt结构的混成电势乙醇传感器研究

制备了以掺钇氧化锆(YSZ)为固态电解质,LaFeO3为敏感电极的混成电势乙醇气体传感器,LaFeO3通过溶胶－凝胶法制备并用XRD分析,利用场发射电子扫描显微镜对YSZ基底和敏感电极表面形貌进行了表征, 测试结果表明制备的传感器在350℃的工作条件下对乙醇有良好的响应(400×10-6乙醇时135ｍＶ)和较快的响应时间(50×10-6乙醇时14ｓ), 测试结果还表明此传感器有良好的可重复性和选择性。     

基于PZT的500 MHz超声传感器设计和MEMS制作

利用KLM等效电路模型设计了一种中心频率为478 MHz的超声传感器.采用溶胶-凝胶法在硅衬底上制备了厚度为4μm的锆钛酸铅(PZT)厚膜压电材料,对压电材料的晶体结构、表面剖面形貌、压电性进行了测试,材料均匀致密,具有较好的压电性.研究了超声传感器的制作工艺,制作出实际工作频率为459 MHz的高频超声传感器,搭建测试平台测试其电阻抗,实验值与理论值相匹配,电阻抗误差为1.8％,中心频率误差为3.9％.     

电极多孔涂层对ZrO_2氧传感器性能影响

汽车尾气净化用ZrO2氧传感器的外电极表面常有陶瓷多孔层,它可能引起电极极化。用一个单孔扩散障来模拟该陶瓷多孔层,通过伏安曲线的解析和模拟研究,发现气体在陶瓷多孔层扩散受阻散可能导致电极产生明显极化,其极化程度与直流电流、温度、扩散孔几何尺寸等有关。并给出了相应的数学表达式。模拟伏安曲线与实际测量结果能较好的吻合。     

流延共烧结制备极限电流式氧传感器的研究

以流延成型工艺制备钇稳氧化锆(YSZ)基片,采用丝网印刷、等静压叠层工艺,经1450℃共烧结制备极限电流式氧传感器。采用XRD,SEM对其物理性能进行表征,并在650℃、氧体积分数为0%～90%范围内对该陶瓷器件的伏—安特性、响应时间等输出特性进行研究,实验结果表明:该传感器在其体积分数范围内具有良好的极限电流平台,响应时间小于9 s(氧体积分数从20%～75%),准确度达到0.5%。     

A new type of amperometric oxygen sensor based on a mixed-conducting composite membrane

A new type of amperometric oxygen sensor has been developed in which a dense Pt-YSZ composite layer, a mixed ionic–electronic conductor (MIEC) membrane, is used as the diffusion barrier. Accelerated materials stability tests in the exhaust of a gas-fired engine indicate that yttria-stabilized zirconia (YSZ) with fluorite structure has excellent stability while the stability of La₀.₉Sr₀.₁Ga₀.₂Mg₀.₈O₃ (LSGM) is questionable. A dense Pt-YSZ composite layer has been prepared on a YSZ electrolyte using nanoparticles of platinum, derived from a sol–gel process. The fabricated sensors based on a bi-layer structure, Pt-YSZ/YSZ, exhibit well-defined diffusion-limited currents for oxygen concentrations up to 6% and the current responses depend linearly on oxygen concentration. The developed sensor is anticipated to have excellent chemical, microstructural, and thermal stability because of the remarkable stability of a dense composite layer consisting of YSZ and Pt.     

CO气体对极限电流型氧传感器特性的影响

研究了CO气体对极限电流型氧传感器特性的影响,将小孔型极限电流型氧传感器放置在不同CO体积分数的环境中进行了电学性能测试。实验结果表明:在CO-O2-N2环境中,O2体积分数分别为7.5%,10%,CO体积分数在0.75%～4.25%变化时,传感器的电压—电流特性曲线均有良好的极限电流平台,且极限电流IL随着CO体积分数的增大而减小。理论分析在CO-O2-N2环境中IL与-ln(1-(XO-47XCO))有良好的线性关系,且该传感器对CO的上升响应时间与下降响应时间分别在10 s和15 s以内。     

Characterization of miniaturized one-side-electrode-type fluid-based inclinometer

In this study, electrical double-layer theory is applied to realize a one-side-electrode-type fluid-based inclinometer combined with complementary metal oxide semiconductor (CMOS) circuitry. Substrate penetration lithography was applied in the fabrication of high-aspect-ratio SU-8 container molds, and molds with heights 1.0 mm were fabricated. Polydimethylsiloxane (PDMS) was used as the container material, and electrodes were fabricated on a ceramic substrate. Considering the electrical double-layer property, low surface tension, the dielectric constant and the problem of volatilization, methanol and propylene carbonate were tested as electrolytes. A charge-balanced capacitance–voltage (C–V) conversion circuit was designed as a detection circuit for this sensor and it was fabricated using 0.35 μm CMOS technology. The sensor part and detection circuit were integrated in one ceramic packaging for realize a miniaturization of inclination sensor system. To overcome the surface tension of the PDMS surface, silicone oil was injected in the container to cover the entire inner surface so that the movement of solution in the container became smooth. The linearity of the analog output of ±60° inclination for container dimensions of Ø 4.0 mm × 1.0 mm (diameter × thickness) was less than 6%/F.S. The minimum moving angle and response time were 0.4° and 0.9 s, respectively, when propylene carbonate was used as the electrolyte. The change in temperature did not affect the output voltage of the sensor between 0 and 50 °C. The effect of vibration was demonstrated in this paper.     

Potentiometric VOC detection in air using 8YSZ-based oxygen sensor modified with SmFeO3 catalytic layer

Potentiometric oxygen sensor was fabricated and applied to detect several volatile organic compounds (VOCs; acetic acid, methylethylketone (MEK), ethanol, benzene, toluene, o- and p-xylene) at sub-ppm levels in the temperatures range of 400–500 °C. The electromotive force (EMF) linearly changed with the logarithm of VOC concentration. Especially for ethanol and MEK, the sensitivity and EMF at 1 ppm were distinctly lowered for the sensor with the SmFeO₃ coated Pt working electrode. It seems that ethanol and MEK were more easily oxidized on the SmFeO₃ surface than the other VOCs. A discriminative detection of ethanol and MEK apart from the others could be achieved with the combination of two types of the sensors, Pt|8YSZ|Pt(ref.) and SmFeO₃/Pt|8YSZ|Pt(ref.).     

金属／YSZ电极对氧传感器性能的影响

借助交流阻抗谱测试技术和扫描电镜,对Pt,Au,Ag,Ag—Pt,Ag—Pd电极浆料所制金属／YSZ电极的界面电阻、激活能进行了研究,并计算了由其构成的氧传感器达到90％响应量所需时间。研究表明：400-600℃时,02在Ag／YSZ电极上反应速率最快,激活能最低,为91kJ·mol^-1;Pt／YSZ电极激活能最高,为183kJ·mol^-1,电极反应速率控制步骤为吸附氧原子在电极表面的扩散过程;Ag—Pt,Ag—Pd／YSZ电极激活能均较Ag／vsz电极高,Pd含量增大时,Ag—Pd／YSZ电极激活能亦增大;400-450℃时,Ag／YSZ氧传感器响应时间最短,450-600℃时,Ag-1％Pd／YSZ氧传感器响应最快。     

基于LSM的沙箱模块设计与实现

沙箱（Sandbox）技术是一种安全保护机制,其目的是通过对程序运行环境的限制来保护系统的安全性.LSM是Linux内核提供的一种轻量级访问控制框架.文中分析了Linux系统中实现沙箱模块的常用技术的不足（实现复杂且资源消耗大）,提出一种基于LSM在Linux内核中实现沙箱模块的方法.基于LSM实现沙箱模块,可以减少工作量.且测试结果表明,基于LSM的内核沙箱模块加载后,对系统影响较小,系统性能最大损失约10％.     

一种工业用微型溶氧传感器的研制

以聚四氟乙烯和纯金电极为主要材料,制成了一种成本低、操作简便的Clark型溶氧传感器,并将该传感器在不同温度下的淡水和盐水中分别进行了测试。传感器的响应电流和溶解氧浓度之间呈良好的线性关系,在溶解氧浓度0～8mg/L范围内,误差小于±0.4mg/L。