[发明专利]一种电化学氨气传感器芯片及其使用方法

权利要求书

1.一种电化学氨气传感器芯片，其特征在于，该氨气传感器芯片整体为片状氨气传感器芯片，该氨气传感器芯片从上到下依次包括有第一固体电解质层、第二固体电解质层、第三固体电解质层、第四固体电解质层和第五固体电解质层，第一固体电解质层上面有开口一处，开口一处内部嵌装有扩散障一，所述第二固体电解质层整体位于第一固体电解质层和第三固体电解质层之间，第二固体电解质层上面有气体室一、气体室二和气体室三，所述气体室一和气体室二之间有扩散障二，气体室二和气体室三之间有扩散障三，所述气体室一内的上顶面和下底面处都有第一辅助电极，气体室二内的上顶面和下底面处都有第二辅助电极，气体室三内的上顶面和下底面处都有测量电极，所述第四固体电解质层整体位于第三固体电解质层和第五固体电解质层之间，第四固体电解质层的侧面有参比气体通道，所述参比气体通道内的上顶面有参比电极。

2.根据权利要求1所述一种电化学气体传感器芯片，其特征在于所述该氨气传感器芯片从上到下依次包括有第一固体电解质层、第二固体电解质层、第三固体电解质层、第四固体电解质层和第五固体电解质层，所述第一固体电解质层、第二固体电解质层、第三固体电解质层、第四固体电解质层和第五固体电解质层都由含钇稳定氧化锆纳米粉体制作而成；

所述第一固体电解质层、第二固体电解质层、第三固体电解质层、第四固体电解质层和第五固体电解质层，都由圣戈班5Y-ZrO2粉体、PVB粘结剂和溶剂丁酮，混合后经过球磨96小时，然后脱泡流延制作成生胚第一固体电解质层、第二固体电解质层、第三固体电解质层、第四固体电解质层和第五固体电解质层，在生胚第一固体电解质层、第二固体电解质层、第三固体电解质层相应位置，通过丝网筛印上相应的第一辅助电极、第二辅助电极、测量电极和参比电极，将丝网筛印完成后的第一固体电解质层、第二固体电解质层、第三固体电解质层，和第四固体电解质层、第五固体电解质层生胚从上到下依次叠压合粘结后，从上到下依次叠压合粘结后，烧结制成，所述烧结温度为1520℃±10℃。

3.根据权利要求1所述一种电化学气体传感器芯片，其特征在于所述扩散障一、扩散障二和扩散障三都由氧化铝粉末和圣戈班5Y-ZrO2粉体组成，所述扩散障一、扩散障二和扩散障三都为多微孔扩散障。

4.根据权利要求1所述一种电化学气体传感器芯片，其特征在于所述第一辅助电极、第二辅助电极和测量电极都由催化活性材料铑或铂铑合金制成。

5.根据权利要求1所述一种电化学气体传感器芯片，其特征在于所述参比电极由催化活性材料铂制成。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种电化学气体传感器芯片，其特征在于所述扩散障一整体嵌装在第一固体电解质层上面的开口一处内部，扩散障一位于气体室一上顶面第一辅助电极的上面。

7.根据权利要求2或3所述一种电化学气体传感器芯片，其特征在于所述圣戈班5Y-ZrO2粉体由法国圣戈班公司生产，PVB粘结剂由洛阳硕然化工产品有限公司生产，溶剂丁酮由江苏嘉松化工有限公司生产，氧化铝粉末由浙江九鹏新材料有限公司生产。

8.根据权利要求1所述的一种电化学气体传感器芯片使用方法，其特征在于所述氨气传感器芯片的使用方法为：气体室三内的测量电极的左侧，气体室一和气体室二内分别有第一辅助电极和第二辅助电极，通过第一固体电解质层上开口一处的扩散障一，流入的气体混合物，该气体混合物中的氮氧化物和氧气，被气体室一内的第一辅助电极还原去除，该气体混合物中的氨气，被气体室二内的第二辅助电极氧化为氮氧化物，被气体室二内的第二辅助电极氧化产生的氮氧化物，流入气体室三内，被气体室三内的测量电极还原，将此过程中氨气氧化形成的氮氧化物，转化为被还原的电势施加到位于气体室三内的测量电极上，通过检测第二辅助电极和测量电极之间流动的泵电流，并将其用于确定存在于气体混合物中氨气的浓度。

9.根据权利要求8所述的一种电化学气体传感器芯片使用方法，其特征在于所述该氨气传感器芯片包括有第一固体电解质层、第二固体电解质层、第三固体电解质层、第四固体电解质层和第五固体电解质层，第四固体电解质层的侧面有参比气体通道，参比气体通道左侧有进气口，该参比气体通道的进气口能够与空气接触，所述第二固体电解质层上面内部有气体室一、气体室二和气体室三，气体室一和气体室二之间有扩散障二，气体室二和气体室三之间有扩散障三，所述第一固体电解质层上面的开口一处，能够与待检测的气体混合物接触，所述气体室一内有第一辅助电极，气体室二内有第二辅助电极，参比气体通道内有参比电极，所述第一辅助电极与参比电极形成第一泵电池，第二辅助电极与参比电极形成第二泵电池，第一泵电池能够在气体室一内形成氧恒定压力，所述扩散障一在气体混合物的扩散方向上，扩散障一整体位于第一辅助电极的上面，第一泵电池和第二泵电池能够分别在不同的极限电流范围内运行，所述气体室三内的测量电极整体位于第一辅助电极第二辅助电极的下游，测量电极与参比电极形成第三泵电池，所述当在第一辅助电极上施加电势时，该电势能够将从扩散障一流入气体室一内气体混合物中的氧气和氮氧化物还原去除，该电势不能分解气体混合物中氨气，氨气通过扩散障二进入气体室二中，所述相对于参比电极的电势，在第一辅助电极上施加的该电势范围为-400mV～-800mV；

所述氨气通过扩散障二进入气体室二中，在气体室二中第二辅助电极上施加电势，该电势能够将进入气体室二气体混合物中的氨气被定量氧化为一氧化氮，一氧化氮通过扩散障三进入气体室三中待测，所述相对于参比电极的电势，在第二辅助电极上施加的该电势范围为100mV～700mV；

所述扩散障一、扩散障二和扩散障三能够限制不同气体的流速和流量；

所述一氧化氮通过扩散障三进入气体室三中，在气体室三中测量电极上施加电势，该电势能够将进入气体室三气体混合物中的一氧化氮被定量还原，同时检测流向测量电极与参比电极之间第三泵电池的泵电流，以该泵电流表示量度，从第一固体电解质层上开口一处流入的气体混合物所含有的氨气浓度，所述相对于参比电极的电势，在测量电极上施加的该电势范围为-100mV～-500mV。