《锆基电位型CO传感器的制备及其响应性能研究》.pdf

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1、第28卷第3期，2015年7月宁波大学学报(理工版)首届中国高校优秀科技期刊奖Vo1．28No．3，July2015JOURNALOFNINGBOUNIVERSITY(NSEE)浙江省优秀科技期刊一等奖锆基电位型CO传感器的制备及其响应性能研究洪磊，金涵，孙寿通，简家文(宁波大学信息科学与工程学院，浙江宁波315211)摘要：为提高CO传感器的灵敏度，采用丝网印刷技术制备了一系列以钇稳定氧化锆为固体电解质、以ZnO材料中掺杂不同比例的In2o3为敏感电极、以Pt为参比电极的片式结构电位型CO传感器，并于特定的工作

2、条件下测试其对不同气体组分的响应性能．结果表明，当掺杂比例为质量分数0_3烧结温度为1200qE~-Y-作温度为500oC时，传感器对C0气体的响应值最大，达到一59my,接近未掺杂前的2倍，传感器的灵敏度有很大提高．并为阐述传感器的敏感机理，开展了相应的材料结构表征(XRD／SEM)和电化学催化活性(阻抗谱)测试研究．关键词：电位型CO传感器；敏感电极；掺杂比例；响应值；敏感机理中图分类号：TP212．2文献标志码：A文章编号：1001—5132(2015)03-0019．05随着现代交通的迅猛发展，汽车尾气的

3、过量1实验排放，人为地向大气中排放的CO气体越来越多，给人类健康带来了极大危害．CO气体主要通过呼1．1传感器制备吸进入人体，它们与血红蛋白结合能力要比02大选用流延法制备的尺寸为6_3mmx6-3mmx0_3200～300倍，所以CO进入血液后，会使血液输氧mm、钇摩尔分数为8％的氧化锆生瓷片，在空气环能力降低甚至失去输氧能力，导致人体缺氧；轻度境中，于400oC排胶2h后，在高温1450℃下烧结中毒有头痛、恶心等症状，严重时则昏迷、痉挛甚2h，形成YSZ基片．至死亡[-．将ZnO(分析纯)粉末(一般为10ra

4、g)掺入In203因此，控制汽车尾气中CO的排放已成为环境粉末(LL例为质量分数0．1～0．5，0．1递增)，再与松油保护刻不容缓的工作．基于钇稳定氧化锆(Yttria—醇浆料(由松油醇+乙基纤维素配制)按照1：1配比StablilzedZirconia，YSZ)固体电解质的全固态电化于玛瑙研钵中，混合并研磨均匀，采用丝网印刷技学型CO传感器由于能对汽车尾气中CO含量简便术将其印刷在YSZ基片的某一侧，点上少许铂(Pt)快速地实时监测，因而受到了广泛的关注J．浆(TR27905型，日本田中贵金属工业株式会社)，目

5、前，传统的CO传感器通常采用ZnO、CdO、并引出Pt丝作为敏感电极(SensingElectrode，SE)．SnO2、Nb2O5、ZnCr204等作为敏感电极材料，取得然后，将铂浆与松油醇浆料按照2：1的配比，依据了很多令人可喜的成果，但此类传感器的灵敏度同样方法制备出参比电极(ReferenceElectrode，RE)不是很高，同时由于碳氢化合物的存在对CO气体最后，放入干燥箱中于140oC下烘干1h后，置于的响应造成极大干扰，传感器的选择性也较差【6]．PtSE笔者采用In203掺杂ZnO材料(比例为质

6、量分数YSZ0．1～0．5)作为敏感电极来制备锆基电位型CO传感REPt器，相比单一的ZnO材料，在大大提高传感器灵敏度的同时，一定程度上还提高了传感器的选择性．图1传感器样品结构示意图收稿日期：2015-01—05．宁波大学学报(理工版)网址：http：／／journallg．nbu．edu．cn／基金项目：国家自然科学基金(61471210)；浙江省科技厅重大科技专项重点工业项目(2011C16037)；宁波市自然科学基金(2013A610002)第一作者：洪磊(1990一)，男，安徽合肥人，在读硕士研究生，

7、主要研究方向：锆基气敏传感器．E-mail：hongshaolong@126．tom·通信作者：简家文(1967一)，男，河南淮滨人，教授，主要研究方向：气体敏感材料．E-mail：jianjiawen@nbu．edulcn第3期洪磊，等：锆基电位型CO传感器的制备及其响应性能研究>吕＼趔兽2．1．2SEM分析ZnO中掺杂质量分数0-3的In2O30时，O在体0积O分数OOO以ZnO掺杂质量分数O_3的In203为敏感电极，5％的O2环境下，传感器对体积分数为200x10时以1000～1300oC为烧结温度制备传

8、感器样品，进各目标气体的响应．可以看到，虽然C3H6的干扰行扫描电镜分析(SEM)，测试结果如图4所示．其依然存在，但较之未掺杂之前，传感器的选择性显中，图4(a)为敏感电极表面的SEM图谱，可以看到，著提高．晶粒排列疏松，呈0．5～2gm大小不等的不规则多面体，且随着烧结温度的升高，晶粒的直径和晶粒问的孔隙都越来越大．图4(b)为横截面(敏感电极与YSZ接触面)的SEM