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%。     

极限电流型氧传感器的多层共烧制备

实验采用5%摩尔钇含量氧化锆流延生瓷片,经过厚膜丝网印刷,叠片热压,多层共烧制备了氧化锆极限电流型氧传感器;通过热膨胀仪、数字显微镜、扫描电子显微镜(SEM)等手段对其进行了物理性能的表征,并对该传感器在923 K温度氧浓度1100×10-6～90%范围内的气敏特性、响应时间等进行了输出特性的研究.实验结果表明共烧制备的传感器在上述氧浓度范围内具有较好的电流平台,且极限电流与氧浓度存在正常扩散模型具有的线性关系;工作温度在923 K,氧浓度在21.24%和5.06%之间变化对应的传感器响应时间呈现出较好的重复性,且均在1 s以内.     

ScSZ基致密扩散障型氧传感器的研究

实验采用具有高电导率的ScSZ基电解质材料和La0.8Sr0.2MnO3混合导体材料,利用Pt浆粘结,制成了新型的混合导体极限电流氧传感器。实验测试了其在温度993K氧浓度8100×10-6～22.43×10-2范围内的电流-电压曲线,数据表明该传感器在上述氧浓度范围内具有较好的测氧特性,且极限电流与氧浓度存在良好的线性关系;同时测试了其在不同氧浓度下的响应时间特性,结果显示传感器重复性好,响应时间较快。     

气压变化对极限电流型氧传感器输出特性的影响

对气压变化对极限电流型氧传感器扩散机理的影响进行了研究。实验中将扩散孔径为30μm的极限电流型氧传感器先后放置在不同气压环境中进行了电学性能测试。实验结果显示:在常压下该氧传感器的极限电流IL与氧浓度的对数表达式ln(1-XO2)具有很好的线性关系,呈现正常扩散模型的特征。但在低气压环境下,该传感器的极限电流IL受气压P的影响,并呈现Knudsen模型的某些特征。     

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。     

基于La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85固体电解质小孔极限电流型氧传感器的研究

本文制备了以中温固体氧离子导体—La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85的流延片为小孔扩散障层和氧泵层材料的小孔极限电流型氧传感器,并对其在600℃和650℃两个温度点下的氧敏特性进行了测试。从测试的结果中可以看出:在氧浓度为0.1%～3%的范围内出现较好的极限电流平台,而且极限电流与氧浓度呈现良好的线性关系。此外,当温度为650℃时,使氧浓度在0.5%与3%之间来回跳变,测得传感器的响应时间曲线,从曲线图可读出上升和下降响应时间均为15s左右。     

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。     

极限电流型氧传感器的研究

极限电流型氧传感器工作原理是基于稳定ZrO2固体电解质的氧泵作用,通过气体扩散控制供给阴极的氧而得到极限电流。基于该原理,研制了用ZrO2固体电解质和多孔陶瓷基片作为扩散层构成的多孔层型氧传感器。在N2-O2混合气体中,对传感器的性能进行测试,结果表明:传感器的测量范围为0~10%氧摩尔分数时,灵敏度为0.5mA/10-2,工作温度为650~800℃,线性度为±5%。     

极限电流型氧传感器的特性研究

环境气氛条件对氧传感器的性能有直接的影响,本文对极限电流型氧传感器在常压常氧环境和高CO2环境下的输出特性进行了研究,同时根据传感器的前级信号放大电路对使用氧传感器时的取样电阻取值、预热时间进行了研究.     

陶瓷共烧结极限电流氧气传感器

利用陶瓷共烧结技术研制了一种极限电流氧气传感器.这种传感器为一体式结构,制作工艺与传统工艺相比,无需玻璃封接工艺,就能实现良好的性能,提高了产品的可靠性,并大大降低了制作成本.所制得的传感器敏感芯体尺寸为4mm×7mm,厚度仅为0.4mm,并形成一个厚度约为50μm的内腔室,扩散孔直径约lOμm.传感器性能通过实验验证,功耗可以达到1.8W以下,能够测量体积分数为0%～90%的氧气,响应时间低于10s,测量误差在0.8%以内.     

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。     

CO气体传感器的研究

为检测空气中CO的体积分数,以LaF3（掺杂5％CaF2）单晶作为固体电解质,CaCO3,CaO作为参比电极,不同CO体积分数的空气为待测电极构成敏感浓差电池。在不同温度和不同CO体积分数条件下,对电池两极电动势（EMF）进行测量。实验发现,电池EMF与CO体积分数对数呈线性关系;电池的响应时间小于15s。从测量得到的阻抗谱图,发现LaF3（掺杂5％CaF2）单晶具有较高的离子电导率。     

CO2气氛中界限电流型氧传感器输出特性的研究

本文对钇稳定ZrO2界限电流型氧传感器在高CO2低O2浓度气氛中的输出特性进行了研究.研究结果显示: 在高CO2低O2 浓度气氛中,给界限电流型氧传感器施加0.4～0.7 V范围工作电压时,输出电流出现了第一饱和输出平台,且饱和输出电流与氧浓度的关系符合经典的理论公式;但当工作电压增加后,输出电流急剧增加,并在1.1～1.3 V和1.5～1.7 V工作电压范围内出现了第二和第三饱和输出平台.为此,本文尝试采用新的假设机理:在较高工作电压下,气体中的CO2在氧传感器Pt电极表面,气体中的CO2可能催化分解产生出附加新的氧分子浓度的设想的假设机理对试验数据进行了合理解释.同时也发现,由于N2的存在,会提高延迟了工作电压促使CO2产生分解的电压的作用.     

基于γ-Al_2O_3膜微加工煤油传感器研究

基于半导体式气体传感原理,提出了利用MEMS技术将电化学生长的Al2O3膜加工成微热板结构载体,采用平面薄膜工艺制做Pt薄膜加热电阻和信号电极。在微热板的2个电极上,涂敷γ-Fe2O3-SnO2-Pt-Pd形成煤油蒸气敏感单元,实现在微结构体上气体检测的二单元集成。传感器采用脉冲工作方式,工作周期为30 s,在加热峰值形成高温400℃的煤油检测条件。测试结果表明:煤油(标志物:癸烷)检测可实现体积分数(0～7000)×10-6范围,90%的吸附响应时间小于8s,脱附响应时间小于12s,传感器信号输出与煤油体积分数有对应的全对数线性关系。     

基于SnO2-La2O3掺杂的敏感材料CO2气敏特性研究

以半导体氧化物SnO2为基体材料加入40％的活性La2O3材料,制备出了对CO2具有敏感性的气体敏感材料,其检测体积分数范围为(0～5000) ×10-6.实验结果表明:在SnO2-La2O3敏感材料的基础上掺杂适量CeO2,Ag2O,SiO2等氧化物,不仅提高了其对CO2气体的灵敏度,而且可以提高其稳定性,从而大大改...     

基于13X型沸石分子筛的类神经毒气传感器

研制了基于13X型分子筛阻抗型气体传感器,探测了神经类毒气沙林的相似物甲基磷酸二甲脂(DMMP)。通过交流电压对传感器进行激励,得到其交流阻抗谱的变化,从而实现对不同体积分数DMMP的检测。对0.2×10-6,0.4×10-6和1×10-6DMMP气体分别进行了检测,在1×10-6时(频率为0.01 Hz)电阻的相对变化可达13.2%;同时,分别采用13X型和Cu-β型分子筛作为敏感膜对1×10-6DMMP,100×10-6CO2和饱和蒸汽压下的乙醇气体进行了选择性比较实验。实验表明:基于13X型分子筛膜传感器对DMMP的探测有较好的灵敏度和选择性。     

液体电解质氧传感器输出特性研究

对液体电解质氧传感器在不同氧体积分数、氧分压下的输出特性进行研究.测量氧传感器在不同氧体积分数、氧分压下的输出值,利用最小二乘法对输出值进行处理,得到氧传感器的输出特性曲线.对特性曲线进行分析,结果表明:液体电解质氧传感器对氧体积分数、氧分压的测量具有良好的线性度.压力冲击对传感器工作电极造成损害从而影响传感器性能,加入粉末冶金层能够克服这一问题,但传感器的响应时间有所增长.