[发明专利]一种基于NiO敏感电极YSZ基HCs气敏传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于NiO敏感电极YSZ基HCs气敏传感器及其制备方法，通过采用流延成型技术制备YSZ固体电解质，采用厚膜丝网印刷技术印制成型NiO敏感电极和Pt参考电极，并引出电极引线。用了YSZ固体氧离子导体材料作为HCs传感器的固体电解质,且采用了花状纳米形貌NiO做敏感电极，无液相成分，安全性高，灵敏度高，选择性好，安全性好，且传感器结构简单、体积小、制备工艺简单。本发明HCs传感器工作时无需外加工作电压，可检测HCs浓度范围为0‑500ppm。

技术领域

本发明涉及一种用于HCs浓度测量的基于花状纳米形貌敏感电极的YSZ基HCs气敏传感器的制备。

本文中所有涉及的HCs均表示碳氢化合物。

背景技术

随着我国汽车拥有量的急剧增加，我国城区大气污染正由煤烟型污染向汽车尾气型污染发展；汽车尾气污染已经成为我国空气污染的第一大污染源，而且，在城市交通越来越拥堵的状态下，汽车在怠速状态下会产生更多的对人体健康有害的气体，如CO、NO₂、HCs等，这些气体进入车内也将严重影响司乘人员的身体健康。虽然对汽车尾气的排放有相关环保法规和标准的限制，但是，随着汽车使用时间的延长和装载量的变化，其排放污染物的量会有所差异，有必要随时实时跟踪监测。

有毒有害、易燃易爆等危险气体的检测分析方法已经有多种成熟的方法，如分光光谱法、红外吸收光谱法、气相色谱法、离子迁移谱法、质谱法以及各单项技术的组合方法等；还有多种气体传感器，如热催化、热导、电化学、固态电解质、气敏二极管、气敏场效应晶体管、半导体聚合物、半导体金属氧化物等气体敏感元件可用于检测各种各样的被测气体，其中半导体金属氧化物气体传感器以其灵敏度高、能检测多种气体、响应快、体积小、价格低、寿命长等优点得到了广泛地应用。

但是，由于金属氧化物气体传感器对多种气体的交叉敏感特性，给汽车尾气这样复杂的混合气体中某一成分的检测带来了困难。目前，一般采用多个具有不同敏感特性的金属氧化物气体传感器同时检测某特定组分的混合气体，并采用神经网络的方法进行数据处理，以定性或半定量地判断被测气体的种类与各组分的浓度。但是，这种方法的可靠性依赖于神经网络的设计与训练，而且这种训练需要标准样本集，而汽车尾气中成分有上百种之多，其组分是未知的且千变万化，进行这样的训练是比较困难的，况且金属氧化物气体传感器的特性强烈依赖于环境温度、湿度等，使检测的可靠性差。

现在，汽车排放的NOx,CO和HCs等污染物严重超标，其中产生的HCs是产生光化学烟雾的主要来源。由于基于固态电解质钇稳定氧化锆(Yttria Stablilzed Zirconia,简称YSZ)的HCs传感器能完成对汽车尾气中HCs含量简便快速的实时监测，所以受到了很大的关注。但是，敏感电极的形貌对YSZ基碳氢化合物(HCs)传感器的响应性能影响较为明显。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了基于花状纳米形貌NiO敏感电极的YSZ基HCs气敏传感器及其制备方法，该传感器能够在中高温环境中实现对HCs气体浓度的检测，且制备工艺简单可行。

本发明公开的基于NiO敏感电极YSZ基HCs气敏传感器，包括固体电解质、敏感电极和参考电极，固体电解质两侧分别印制有敏感电极和参考电极，敏感电极为多孔纳米电极，参考电极为多孔Pt电极，敏感电极上点涂有Pt浆层，所述的敏感电极和参考电极上均引出电极引线，所述敏感电极厚度为20-30μm。优选地所述敏感电极厚度为28μm,此时，HCs气体在在敏感电极的活性通道（如图3）内，逐步被活化成离子游离态，从而保证检测HCs成分的充分反应，并且通过反应的优选选择性降低气体杂质气体的干扰，从而提高了传感器的准确性和选择性。