LSGM基混合电势型NOx传感器的研究

来源 :宁波大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangliang19910125
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汽车尾气排放标准的日趋严格催生了对车用NOx传感器的需求。目前,基于Y2O3稳定的ZrO2(YttriaStablilzedZirconia,简称YSZ)固体电解质的化学类NOx传感器因其结构简单、测试气体范围大、响应信号易测等优点,成为了研究热点。但是,受YSZ本身材料特性所限,该类传感器只能在800℃以上的高温环境中工作,由此带来传感器原料选择和器件制作成本的提高等问题。为了降低传感器的工作温度,本文选取Sr、Mg双掺杂的LaGaO3(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Ox,简称LSGM)作为传感器的固体电解质,以代替传统的YSZ,对LSGM的材料特性以及基于该材料的NO2传感器的制备和敏感性能等方面做了一系列的测试和研究。
  选用溶胶凝胶法制备的La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Ox粉体,进行常规烧结,对各样品进行致密度、XRD、线收缩率、SEM以及电导率等一系列物理特性和敏感电学热性的测试和分析。结合测试结果,推断出LSGM用作固体电解质的最佳烧结温度约在1400℃左右。
  以1400℃、4h烧结得到的LSGM作固体电解质,采用丝网印刷技术制备了NiO/LSGM/Pt结构的混合电势型NO2传感器,并对其各项理化分析和敏感特性进行了测试。结果显示:450~750℃范围内,同一温度下,传感器对NO2的输出电势随NO2浓度的增大而增大。但随工作温度的升高,尤其是≥600℃时,输出电势随NO2浓度的增大呈现反向减小的趋势。不同温度、不同NO2浓度下测得的传感器样品的阻抗谱显示,阻抗谱在低频范围内随着NO2浓度的增加而出现一定程度的变化,尤其是当测试温度≥550℃时,低频段的阻抗谱圆弧出现了一定程度的收缩,即随着NO2浓度的增加,传感器的电极界面反应活化阻抗逐步减小。
  为了改善传感器的性能,尝试将掺入一定质量比的LSGM的NiO混合电极作为敏感电极,制备了相应的混合电势型NO2传感器,并对混合电极的物理特性和传感器样品的敏感特性进行了测试研究。结果显示:600℃时,在各个传感器样品中,采用LSGM掺杂量为15%作敏感电极的样品的输出电势幅值最大。
  此外,还制备了基于LSGM的电流型NO2传感器,并研究了其敏感特性和稳定性。结果显示在400~650℃内,气氛中NO2的浓度和传感器的电流幅值变化△I存在良好线性关系;传感器的响应时间结果显示,当工作温度为450℃时,相对而言传感器响应较快,响应和恢复时间分别为50s和90s左右,重复性也相对较好;但在稳定性方面还有待进一步完善。
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