[发明专利]基于Co3V2O8敏感电极和三维三相界面的YSZ基混成电位型NO2传感器及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种基于Co₃V₂O₈敏感电极和三维三相界面的高性能YSZ基混成电位型NO₂传感器及其制备方法，该传感器主要可用于汽车尾气的检测。

背景技术

人类生活在充满各种气体的环境中，但是随着大气污染的日益严重，酸雨、温室效应、臭氧层破坏等环境问题严重威胁着人类的生存。其中，导致这些问题出现的罪魁祸首就是NO_x的大量排放。NO_x的主要来源之一是汽车排放的废气。所以人们迫切需要对大气环境的质量进行监测，对污染源进行控制，因而用于监测NO_x的气体传感器应运而生。其中，发展比较早、研究比较成熟的是各种半导体型气体传感器，其制作工艺简单、成本低，但由于选择性差、使用温度较低、交叉灵敏度高，多种气体共存时相互干扰很大，所以限制了其应用。此外，由于汽车发动机尾气排放处于典型的长期高温、高湿和多种气体共存环境，要求在这种环境下正常工作的传感器必须具有良好的耐高温、高灵敏度和很好的稳定性。在过去的十几年时间里，基于固体电解质(YSZ)和氧化物敏感电极的混成电位型气体传感器因为具有特殊的耐高温性能、化学和机械稳定性能、很好的敏感特性、相对较低的制备成本，对于在汽车尾气检测方面的应用来说，已经被证明是一种非常可靠的设备，而成为备受瞩目的一类新型气体传感器。

目前，为了提高此类传感器的敏感特性，国内外大多数研究者致力于敏感电极材料的研究。例如，本课题组制作的以Cr₂O₃-WO₃为敏感电极材料的YSZ基混成电位型NO₂传感器对100ppm NO₂的混成电位值为52mV(Quan Diao,Chengguo Yin,Yingwei Liu,Jianguo Li,Xun Gong,Xishuang Liang,Shiqi Yang,Hong Chen,Geyu Lu,Mixed-potential-type NO₂sensor using stabilized zirconia and Cr₂O₃-WO₃nanocomposites,Sensor and Actuators B 180(2013)90-95)。此类NO₂传感器的缺点在于响应值低、灵敏度不够高，达不到实用的要求。另外，一些研究者通过构筑大面积的三相反应界面来提高敏感特性。例如，本课题组通过激光加工技术制作的YSZ基板为电解质的混成电位型传感器对100ppm NO₂的最大混成电位值为100mV(Yingzhou Guan,Chunhao Li,Xiaoyang Cheng,Biao Wang,Ruze Sun,Xishuang Liang,Jihong Zhao,Hong Cheng and Geyu Lu,Highly sensitive mixed-potential-type NO2sensor with YSZ processed using femtosecond laser direct writing technology,Sens.Actuators B 198(2014)110-113)。此类构筑三相界面方法的缺点在于构筑区域较小，性能提升有限。仅从单一方面入手提高传感器的敏感特性存在一定的限制。因此，需要同时开发具有高电化学催化活性的新型敏感电极材料和构筑具有较大反应面积的三相界面，进一步提高传感器的敏感特性(灵敏度、响应值、选择性、稳定性等)。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Co₃V₂O₈敏感电极和三维三相界面的高性能YSZ基混成电位型NO₂传感器及制备方法，以提高NO₂传感器敏感性能，促进这种传感器在汽车尾气检测领域的实用化。本发明所得到的传感器除了具有高灵敏度外，还具有很好的选择性、重复性和稳定性。