[发明专利]基于YSZ和MTiO3

说明书

一种基于YSZ和MTiO₃(M为Cd、Ni或Co)敏感电极的混成电位型乙炔传感器及其制备方法，属于气体传感器技术领域。传感器依次由带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板、YSZ基板、Pt参考电极和MTiO₃敏感电极组成；参考电极和敏感电极彼此分立且对称地制备在YSZ基板上表面的两端，YSZ基板下表面与带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板粘结在一起。本发明以YSZ作为离子导电层，利用MTiO₃(M为Cd、Ni或Co)复合氧化物材料为敏感电极，发现以CdTiO₃为敏感电极的器件表现出了最高的响应，此外，该器件还表现出了很好的灵敏度、较低的检测下限、很好的选择性和稳定性。

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YSZ和MTiO₃(M为Cd、Ni或Co)敏感电极的混成电位型乙炔传感器及其制备方法，其主要用于挥发性乙炔的快速检测。

背景技术

乙炔(C₂H₂)是一种重要的易燃且极不稳定的不饱和烃气体，具有无色和独特的气味。在电力变压器设备发生内部绝缘故障时会产生C₂H₂，因此，研制一种可靠、实时、高灵敏度的C₂H₂检测装置对于及时有效地避免电力变压器的潜在风险和判断故障类型具有重要意义。

迄今为止，在不同的应用中许多研究团队使用各种方法检测乙炔气体，如气相色谱、红外光谱、光声光谱和拉曼光谱。但由于传统工艺具有体积大、加工精度高、价格昂贵等特点，其应用受到了一定的限制。针对这些缺点，研制高性能、结构简单的气体传感器具有重要的意义。在众多类型的气体传感器中，半导体气体传感器在过去几十年中得到了广泛的研究。此外，钇稳定氧化锆固体电解质型传感器因其灵敏度高、稳定性好、结构简单、成本低等优点，已成为一种重要的选择。然而，基于YSZ的混合电位型C₂H₂传感器在传感电极材料设计方面的研究较少。因此，需要大量的工作来开发基于YSZ的C₂H₂气体传感器，并进一步提高传感性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于YSZ和MTiO₃(M为Cd、Ni或Co)敏感电极的混成电位型乙炔传感器及其制备方法，以实现快速检测乙炔的需要，并有效提高传感器灵敏度、降低检测下限等性能，促进这种传感器在乙炔检测领域的实用化应用。本发明所得到的传感器除了具有快速响应速度和高灵敏度外，还具有较低的检测下限、很好的选择性和稳定性。

本发明所涉及的超快响应的乙炔传感器是基于稳定氧化锆(YSZ)固体电解质和MTiO₃(M为Cd、Ni或Co)复合氧化物敏感电极所构建的新型混成电位型乙炔气体传感器，YSZ(氧化钇稳定氧化锆(8％mol Y₂O₃-ZrO₂))作为离子导电层。

本发明所述的基于YSZ和MTiO₃(M为Cd、Ni或Co)敏感电极的混成电位型乙炔传感器，如图1所示，从下至上依次由带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板、YSZ基板、条状Pt参考电极和条状敏感电极组成；Pt参考电极和敏感电极彼此分立且对称地制备在YSZ基板上表面的两端，YSZ基板下表面与带有Pt加热电极Al₂O₃陶瓷板的Pt加热电极一面粘结在一起；敏感电极材料为MTiO₃(M为Cd、Ni或Co)，其由如下方法制备得到：