[发明专利]一种气体传感器、其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种气体传感器，包括：高温化学还原处理后的钛酸铋钠基铁电陶瓷层；分别设置于所述钛酸铋钠基铁电陶瓷层两侧的电极层。本发明提供的在钛酸铋钠基铁电陶瓷层材料两端进行的非对称化学还原，使其呈现出宏观电势差。由于这种宏观电势差可与材料自身的电导耦合，表现出电流输出的现象，当其所处环境的氧分压发生变化时，输出电流发生迅速、直接相关的变化。并且，本发明这种非对称还原的氧化物材料可以独立地作为感应氧分压变化的器件，不需要传统传感器所必须的参比电极、外加电源等额外的附件，结构简单、具有宽温域适用性。

技术领域

本发明涉及材料和器件技术领域，尤其是涉及一种气体传感器、其制备方法和应用。

背景技术

工业废气和汽车尾气对大气污染负有直接责任，而这些气体污染都源于化石燃料的燃烧过程。因此，对燃烧过程的控制就显得尤为重要。气体传感器的发展为大气污染问题的处理提供了可行的途径：它们与反馈系统的联用可有效地优化燃烧过程，减少有害气体的排放、提高燃料的效率。

目前研究主要涉及的高温氧传感器已发展出多种材料体系，如基于固体电解质的电位式和电流式氧传感器、基于半导体氧化物的氧传感器等。但是，现有的氧传感器系统普遍结构复杂，除了信号输出组件外，普遍还需额外的构件。如基于固体电解质的电位式氧传感器需参比电极、电流式氧传感器需氧扩散阻挡层及外电源，半导体基氧传感器也要求外电源。这些额外的部分不仅增大了传感器的结构复杂性和体积，也使制造成本增加；为使整体的性能提升优化，则需考虑更多的因素。再者，当前技术发展的小型化趋势，发展结构简单、适用范围广的氧传感器势在必行。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种气体传感器，本发明提供的气体传感器无需参比电极、外加电源等额外的附件，结构简单、具有宽温域适用性。

本发明提供了一种气体传感器，包括：

高温化学还原处理后的钛酸铋钠基铁电陶瓷层；

分别设置于所述钛酸铋钠基铁电陶瓷层两侧的电极层。

优选的，所述高温化学还原处理具体为：

将钛酸铋钠基铁电陶瓷置于石墨层上；

将氧化铝层置于所述陶瓷层上；

将上述整体结构高温处理，进行化学还原；

高温化学还原后将钛酸铋钠基铁电陶瓷层取出。

优选的，所述高温化学还原温度为800～850℃，时间为1.5～2.5h。

优选的，所述钛酸铋钠基铁电陶瓷层包括(Na_0.5Bi_0.5TiO₃)_0.92Ba_0.08TiO₃。

优选的，所述钛酸铋钠基铁电陶瓷层采用固相合成法制备；所述制备方法具体为：

a)将设置比例的Bi₂O₃、Na₂CO₃、BaCO₃和TiO₂混合，在混合物中加入酒精后球磨；

b)将步骤a)中球磨得到的粉末烘干后，在高温下进行固相反应合成粉体；

c)在形成的粉体中加入酒精后球磨，烘干；

d)加入粘结剂并压成坯体，将坯体在高温中静置以除去粘结剂，然后将坯体在高温下保温烧结。

优选的，所述石墨层厚度与所述钛酸铋钠基铁电陶瓷层厚度比为(5～10)：(0.4～0.6)

所述氧化铝层厚度为5-6mm。