[发明专利]一种钙钛矿固体电解质电流型NO2传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钙钛矿固体电解质电流型NO₂传感器及其制备方法，包括由钛酸铋钠Na_0.5+xBi_0.5TiO₃材料制得的致密陶瓷片NBT固体电解质基层、分别烧结在NBT固体电解质基层两侧的多孔CuO正电极及Pt负电极；所述多孔CuO正电极和Pt负电极上均涂覆有少量铂浆层并引出Pt丝用于连接电源正负极。本发明材料成本较低、制备工艺简单、性能稳定、工作温度较低。

技术领域

本发明涉及NO₂传感器制备领域，特别是一种钙钛矿固体电解质电流型NO₂传感器及其制备方法。

背景技术

随着汽车尾气排放标准要求的日渐严格，控制汽车尾气中氮氧化物等有毒气体的排放迫在眉睫。目前常用的NO_x氮氧化物传感器主要有半导体氧化物式、固体电解质式、光纤式、二极管式等。研究表明基于固体电解质的NO_x传感器具有良好的化学和机械稳定性，能够适应汽车尾气较为严苛的热力和机械强度要求，且具有广泛的应用领域以及较好的精度、抗干扰特性等优点。

氧化钇稳定氧化锆简称YSZ，是当前汽车尾气氮氧化物传感器使用较为成熟广泛的固体电解质材料，已被用于制作氮氧化物传感器等多种器件。然而YSZ材料要在相当高的温度下才具有较高的氧离子导电率，温度低于800℃时，YSZ 电阻会急剧的增大。这种高温运行条件带来传感器件使用成本较高，寿命和可靠性变差。因此，需要寻找一种在中低温条件下可使用的氧离子导体材料用于汽车尾气传感器。

钙钛矿型材料是离子导电率较高的一类固体电解质材料。钙钛矿的结构通式为ABO₃，由于A位和B位的离子能够被不同半径及电价的离子在较宽浓度范围内取代，形成一种或数种元素掺杂的固溶体，可产生大量的氧空位，改善材料的氧离子导电性。

钛酸铋钠是一种在A位有两种元素的钙钛矿型氧化物。有研究称对钛酸铋钠适当掺杂能够显著改善导电性，中温下的导电率较YSZ高。目前为止，钛酸铋钠还未见用于NO_x传感器，而通过导电性的预测，这种固体电解质在NO_x传感器应用方面具有较大潜力。

传统合成钛酸铋钠材料的方法有固相法、水热法和溶胶凝胶法等。柠檬酸络合法是溶胶凝胶法的一种，利用柠檬酸的螯合作用螯合金属离子，反应温度低及反应易控制，制备的粉体具有产物粒径小、均匀性好、纯度高等优点。一般柠檬酸络合法合成钛酸铋钠时需使用乙二醇、乙酰丙酮、乙二酸等毒性刺激性较大的有机溶剂作为稳定剂且用量较大，有时还需要萃取蒸馏等步骤，合成步骤复杂且对环境不友好。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种钙钛矿固体电解质电流型NO₂传感器及其制备方法，材料成本较低、制备工艺简单、性能稳定、工作温度较低。

本发明采用以下方案实现：一种钙钛矿固体电解质电流型NO₂传感器，包括由钛酸铋钠Na_0.5+xBi_0.5TiO₃材料制得的致密陶瓷片NBT固体电解质基层、分别烧结在NBT固体电解质基层两侧的多孔CuO正电极及Pt负电极；所述多孔CuO正电极和Pt负电极上均涂覆有少量铂浆层并引出Pt丝用于连接电源正负极。

进一步地，所述NBT固体电解质基层的厚度为1mm-6mm，直径为6-20mm。

进一步地，所述多孔CuO正电极为含有松油醇、乙基纤维素和碳粉的CuO电极浆料制作而成。

进一步地，所述Pt负电极为含有松油醇和乙基纤维素的Pt电极浆料制作而成。

进一步地，所述多孔CuO正电极为敏感电极，所述Pt负电极为参比电极，所述敏感电极与所述参比电极的厚度均为60-140um。