[发明专利]以LaxSm1-xFeO3为敏感电极材料的混成电位型SO2传感器及其制作方法

说明书

一种以La_xSm_1‑xFeO₃为敏感电极材料的NASICON基混成电位型SO₂传感器及其制备方法，属于气体传感器技术领域。是由Al₂O₃陶瓷管、涂敷在Al₂O₃陶瓷管外表面的两层NASICON离子导电层、制备在NASICON离子导电层外表面靠近两侧位置的两个彼此分立的网状Au电极、涂敷在NASICON离子导电层外表面其中一个网状Au电极上的敏感电极材料La_xSm_1‑xFeO₃、穿过Al₂O₃陶瓷管内作为加热器的Ni‑Cr合金加热线圈组成，其中0.2≤x≤0.8。本发明通过改变不同镧元素的掺杂量，改变了反应中敏感电极材料的催化活性，提高了对SO₂的催化效率以及三相界面处的反应速率，进而提高了灵敏度以及检测下限。La_0.5Sm_0.5FeO₃作为敏感电极的SO₂气体传感器表现出最高的响应值，检测下限达到了5ppb。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种以La_xSm_1-xFeO₃为敏感电极材料的NASICON基混成电位型SO₂传感器及其制备方法，该传感器可用于大气气氛中超低浓度SO₂的检测。

背景技术

SO₂是主要的大气污染气体，其排放到大气中后会形成酸雾或硫酸盐气溶胶，并最终氧化形成酸雨，酸雨会使土壤由碱性转为酸性，导致植物中毒死亡。此外，二氧化硫还会损害人体健康，当大气中SO₂浓度超过一定浓度后，呼吸道疾病发作率上升，许多患者的呼吸系统慢性病会病情恶化。SO₂还可被人体吸收后进入人体血液循环，对身体产生严重的毒副作用，甚至可以影响人体里重要的酶的活性，机体的免疫功能会受到明显抑制，而且SO₂还可以加强致癌物苯并(a)芘的致癌作用，在两者共存条件下，致癌物致癌机率大大上升。

随着我国近年来经济发展迅速，尤其是工业上对能源的需求使得煤等含硫燃料的消耗迅速上升，这使得我国SO₂排放量也随之增长，SO₂造成的大气污染已成为困扰我国未来发展的一大问题。因此开发出对SO₂检测更灵敏、体积更小、价格低廉的高性能传感器非常必要。

目前SO₂气体传感器的研究方向主要分为两个方向:一是采用物理量变化检测 SO₂的方式，这一类传感器以红外探测传感器为代表，这种传感器具有灵敏度高、测量精度高和选择性好等优点，但是这种仪器的结构复杂，价格昂贵，不便于实时对大气环境中的SO₂进行在线监测。另一种气体传感器是采用化学手段检测SO₂，以固体电解质传感器为例，这类传感器的优点是线性好、精度高，但是液体电解质易干涸，致使传感器的寿命缩短，酸性电解液一旦泄露会造成腐蚀，而且液体电解质使得这种传感器只能在室温下使用，不适合在高温或者寒冷等恶劣环境下。与上述传感器相比，固体电解质SO₂传感器在不仅具有较高灵敏度和选择性，还有结构简单、长期稳定性、体积小、功耗低和成本低廉等优点，可以应用于大气环境中SO₂实时监测，作为测试节点来构建大气物联网。本发明中传感器就是基于固体电解质NASICON和钙钛矿氧化物材料电极的混成电位型SO₂气体传感器。

发明内容