[发明专利]一种新型氮氧化物传感器芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种新型氮氧化物传感器芯片，其特征在于：包括从上向下依次堆叠的第一基片层、第二基片层、第三基片层、第四基片层、第五基片层和第六基片层；所述第一基片层的正反面分别印刷有外电极和非活性电极；第三基片层正面印刷有一组两个完全对称设置的第一活性电极和第二活性电极，且这两个活性电极表面均用多孔浆料印刷有扩散障碍层以形成稳态极限电流；第四基片层正面印刷有参考电极；第五基片层正面印刷有加热电阻，且加热电阻上下两侧均印刷有绝缘层，同时加热电阻与第六基片层反面的引脚相连；

其中，所述非活性电极与两个活性电极之间通过已冲孔的第二基片层分隔开并形成第一腔室和第二腔室，非活性电极位于第一腔室，第一活性电极和第二活性电极位于第二腔室中，非活性电极引线至外电极形成极限电流型电池，第一活性电极和第二活性电极分别引线至参考电极形成氮氧化物浓差型双电池；所述第一腔室和第二腔室之间预留有狭缝扩散通道；所述第三层基片层正面通过冲孔方式与第四基片层之间形成空气通道以提供稳定的基准氧浓度环境，参考电极与空气通道相通；

在工作状态下，两个浓差电池的温度和气氛环境以及扩散系数完全相同，造成电动势差别的原因只有电极活性不同，设工作温度下非活性电极泵出氧气速率常数为K1，第一活性电极对应的NOx分解率为K2，第二活性电极对应的NOx分解率为K3；在温度高于500摄氏度时NOx含量主要以NO形式存在，因此K1、K2和K3的值可以通过给定NO含量和氧气含量的气氛测两个氮氧化物浓差电池电动势进行标定：

E1＝(RT/ZF)ln[P_O2(空气)/(K₂P_NO+P`_O2)]

E2＝(RT/ZF)ln[P_O2(空气)/(K₃P_NO+P`_O2)]

式中，R为普朗克常熟，T为工作温度的绝对温度值，Z为氧离子电荷，F为法拉第常数，P_O2(空气)为参比空气的氧分压，P`<sub>O2</sub>为非活性电极上的氧分压，P<sub>NO</sub>和P`_O2分别为两个对称的活性电极上面的NO含量和氧含量；

经过标定后，K1、K2、K3值，零点校正Ip0为已知值，测极限电流Ip1可知氧气含量，测两个氮氧化物浓差电池电动势即可通过上述方程求解未知的NO含量；式中P_O2(空气)大气中含量为定值，温度T的值通过加热电阻测定和给出，加热电阻将三个电池加热到所需温度，同时把该温度的值提供给控制系统，或者控制系统将温度控制在某一定值。

2.根据权利要求1所述的新型氮氧化物传感器芯片，其特征在于：所述加热电阻的阻值为2～20欧姆。

3.根据权利要求1所述的新型氮氧化物传感器芯片，其特征在于：所述两个活性电极分别位于第三基片层正面的左边界1mm处和正面的右边界1mm处，参考电极位于两个活性电极中心连线投影于第四基片的正面。

4.一种根据权利要求1至3任意一项所述的新型氮氧化物传感器芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在第一基片层正面印刷外电极，第一基片层反面印刷非活性电极，在第三基片层正面印刷一组两个对称设置的活性电极，非活性电极与活性电极之间通过已冲孔的第二基片层分隔开并形成第一腔室和第二腔室，非活性电极位于第一腔室，第一活性电极和第二活性电极位于第二腔室中，非活性电极引线至外电极形成极限电流型电池，第一活性电极和第二活性电极分别引线至参考电极形成氮氧化物浓差型双电池；

(2)第三基片层一侧通过冲孔形成空气通道，在第四层流延基片正面印刷参考电极，参考电极与空气通道相通，在第五基片层正面印刷加热电阻，加热电阻上下两侧分别印刷绝缘层，且加热电阻和第六基片层反面的引脚相连；

(3)将第一基片层、第二基片层、第三基片层、第一四基片层、第五基片层和第六基片层经过等静压叠合成为整体生坯，然后将整体生坯切割形成若干单个芯片生坯；经过排胶并在1300摄氏度烧结1-3小时，制得两腔室双电池型氮氧化物传感器芯片。