[发明专利]以SnO2为敏感电极的YSZ基混成电位型NH3传感器及其制备方法

摘要

一种以SnO₂为敏感电极材料的YSZ基混成电位型NH₃传感器及其制备方法，属于气体传感器技术领域。依次由带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板、YSZ基板、条状结构的Pt参考电极和SnO₂敏感电极组成；在YSZ基板上表面的部分区域构筑有金纳米颗粒阵列结构，在该阵列结构上制备SnO₂敏感电极；在YSZ基板上表面没有构筑金纳米颗粒阵列结构的区域上制备Pt参考电极；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，利用具有高电化学催化活性的SnO₂为敏感电极，并将SnO₂敏感电极材料涂敷在构筑有金纳米颗粒阵列结构上，通过金纳米颗粒阵列结构的引入，达到提高敏感特性的目的。

主权项

1.一种以SnO₂为敏感电极的YSZ基混成电位型NH₃传感器，其特征在于：依次由带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板、YSZ基板、条状结构的Pt参考电极和SnO₂敏感电极组成；在YSZ基板上表面的部分区域构筑有金纳米颗粒阵列结构，在该阵列结构上制备SnO₂敏感电极；在YSZ基板上表面没有构筑金纳米颗粒阵列结构的区域上制备Pt参考电极；YSZ基板下表面与带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板粘结在一起；其中，在YSZ基板上表面的部分区域构筑的金纳米颗粒阵列结构是由如下步骤制备得到，(1)将乙醇、去离子水、聚苯乙烯微球以0.5～1.5mL：0.5～1.5mL：0.5～1.5g的比例混合后配制成悬浊液，将该悬浊液沿玻璃片注入到含有30μL～40μL表面活性剂的90mL～110mL的去离子水中，静置1～2小时，从而在去离子水/空气界面形成排列整齐的聚苯乙烯微球模板；使用清洗干净的硅片将该模板从去离子水中缓慢捞出，之后将该硅片缓慢水平放入由ZrO(NO₃)₂和Y(NO₃)₃组成的盐溶液中，由于表面张力的作用，覆盖在硅片表面的聚苯乙烯微球模板会整体脱落下来，从而漂浮在盐溶液表面进行溶液浸渍，浸渍时间为30～60分钟，其中Zr⁴⁺的浓度为0.1～0.2mol/L，Zr⁴⁺与Y³⁺的浓度比为20～25:3～5；之后用YSZ基板将浸渍后的聚苯乙烯微球模板捞出，使聚苯乙烯微球覆盖YSZ基板上表面大部分区域，此时，在YSZ基板和聚苯乙烯微球模板之间填充有浸渍的盐溶液；再将该基板在900℃～1100℃的条件下烧结1～2小时，去除聚苯乙烯微球模板，从而在YSZ基板表面形成了由ZrO₂和Y₂O₃组成的纳米碗状阵列结构，其直径在900～1100nm，结构高度在350～400nm；(2)向构筑有纳米碗状阵列结构的YSZ基板表面以0.03～0.07nm/s的速率蒸镀厚度为40nm～60nm的金层；将蒸镀金层后的YSZ基板在1000℃～1200℃的条件下烧结1～2小时，从而在每个纳米碗状阵列结构中形成了直径为500～700nm的金颗粒，从而在YSZ基板上表面的部分区域构筑的金纳米颗粒阵列结构。