專利名稱：一種用于檢測CO₂的多孔對電極氣體傳感器制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測CO2的氣體傳感器制備的制備方法，尤其涉及一種用于檢測CO2的多孔對電極氣體傳感器制備方法。
背景技術(shù)：
基于固態(tài)電解質(zhì)的電壓型CO2傳感器的研究歷史已經(jīng)有三十多年。電壓型傳感器非常受歡迎，因為它們具有高選擇性、小尺寸、高可靠性和低價的特點。這類傳感器顯示出非常好的CO2傳感性質(zhì)，但是其傳感能力在潮濕的環(huán)境中卻會被嚴重干擾。雖然近年來研究者設(shè)計了大量的方法來解決這個問題，例如(I)雙組分碳酸鹽(Li2CO3-BaCO3，分子比、
I 2)被用作輔助材料來提高高溫下的傳感性能；(2)在SiO2 = Na2O = B2O3 = Al2O3玻璃上涂覆Naa6CoO2作為基準電極來提高基于NASIC0N的電壓型CO2傳感器的暖機性能；(3)基于兩種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)(Nasicon/玻璃和Sr-β _A1203/YSZ)的界面結(jié)合并以BaC03/Na2C03(重量比44 56)作為輔助電極制備的傳感器。但是上述三種方法仍然不能很好地解決CO2傳感器在潮濕環(huán)境中容易受干擾的問題。最近，有研究者報道如果在輔助相引入一種大孔結(jié)構(gòu)的材料，那么基于NASICON的CO2傳感器的抗水性會顯著增強，他們還指出，同使用致密或者更厚的輔助層的傳感器相t匕，這種使用大孔結(jié)構(gòu)輔助層的傳感器表現(xiàn)出更好的性能。在400°c的溫度下，相對濕度從0%增大到70%，這種傳感器的電動勢僅僅變化10mV，遠遠小于使用致密輔助層(26mV)和更厚輔助層(35mV)的傳感器。對于這種傳感器而言，研究者認為吸附在具有孔狀結(jié)構(gòu)的輔助層和單一沒有涂層的對電極層上的水分子的量基本一樣?；谶@一點，如果在對電極層也同時引入相同的孔狀結(jié)構(gòu)，那么傳感器的抗水性勢必會獲得更大的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種在潮濕環(huán)境中，用于檢測CO2的多孔對電極氣體傳感器制備方法。一種用于檢測CO2的多孔對電極氣體傳感器制備方法，其步驟如下(I)制備 NASICON(Na3Zr2Si2PO12):采用溶膠-凝膠法，先將 Na3PO4 · 12H20，Si (OC2H5)4,和ZrO(NO3)2 · 2H20這三種物質(zhì)照重量比為I 2 I的比例配成水溶液，加入重量為5g的C6H8O7作為分散劑，制備混合物；再將得到的混合物在50°C條件下攪拌3h形成澄清的溶膠，溶膠在25°C放置3天得到干凝膠；然后將干凝膠在80°C干燥24h后在500°C加熱30min除去有機物得到NASICON前驅(qū)體；最后將NASICON前驅(qū)體擠入一個盤中，并在900°C煅燒2h得到純的NASICON相；(2)制備傳感器第一步先用砂紙把煅燒后得到的純NASICON兩邊打磨成光滑的表面，接下來將一對鉬電極作為粘合劑刷在NASICON的兩邊，然后在空氣中850°C熱處30min;第二步用浸涂技術(shù)將含有一種分散劑的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的水溶液覆蓋在兩個鉬電極上形成一層PMMA的膜作為模板，然后將模板在室溫下干燥，使PMMA微球通過沉淀自組裝成三維陣列；第三步利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將一種雙組分碳酸鹽糊狀物附在NASICON的一邊，在NASICON的另一邊，將BaCO3的α -松油醇溶液分散到對電極上形成絲網(wǎng)印刷膏然后進行印刷；第四步將整套設(shè)備在600°C煅燒2h分解掉PMMA模板在NASICON的兩邊都得到孔狀結(jié)構(gòu)，將這種孔狀對電極層標記為多孔對電極氣體傳感器。所述的盤直徑為IOmm,厚度為2mm。所述浸涂技術(shù)含有的分散劑為聚乙二醇，PEG, MW :20000。所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜直徑為1· 5μπι。所述雙組分碳酸鹽糊狀物為=Li2CO3和BaCO3的α -松油醇溶液，分子比1 : 2。本發(fā)明設(shè)計用PMMA微球作為模板設(shè)計了一種孔狀BaCO3膜作為對電極的傳感器， 因為兩種電極基本一樣的孔狀結(jié)構(gòu)使得兩個鉬電極對相對濕度的依賴性可以相互抵消，所以多孔對電極基于NASICON的氣體傳感器能夠在相對潮濕的環(huán)境中表現(xiàn)出非常好的性能。
具體實施例方式為了加深對本發(fā)明的理解，下面結(jié)合實施對本發(fā)明作進一步詳述。一種用于檢測CO2的多孔對電極氣體傳感器制備方法，其步驟如下(I)制備 NASICON(Na3Zr2Si2POi2):采用溶膠-凝膠法，先將 Na3PO4 · 12Η20，Si (OC2H5)4,和ZrO(NO3)2 · 2Η20這三種物質(zhì)照重量比為I 2 I的比例配成水溶液，加入重量為5g的C6H8O7作為分散劑(聚乙二醇，PEG,碼:20000)，制備混合物；再將得到的混合物在50°C條件下攪拌3h形成澄清的溶膠，溶膠在25°C放置3天得到干凝膠；然后將干凝膠在80°C干燥24h后在500°C加熱30min除去有機物得到NASICON前驅(qū)體；最后將NASICON前驅(qū)體擠入一個盤(直徑為10mm，厚度為2mm)中，并在900°C煅燒2h得到純的NASICON相；(2)制備傳感器第一步先用砂紙把煅燒后得到的純NASICON兩邊打磨成光滑的表面，接下來將一對鉬電極作為粘合劑刷在NASICON的兩邊，然后在空氣中850°C熱處30min;第二步用浸涂技術(shù)將含有一種分散劑的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的水溶液覆蓋在兩個鉬電極上形成一層PMMA的膜(膜直徑為1.5μπι)作為模板，然后將模板在室溫下干燥，使PMMA微球通過沉淀自組裝成三維陣列；第三步利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將一種雙組分碳酸鹽糊狀物(Li2CO3和BaCO3的α-松油醇溶液，分子比1 2)附在NASICON的一邊，在NASICON的另一邊，將BaCO3的α -松油醇溶液分散到對電極上形成絲網(wǎng)印刷膏然后進行印刷；第四步將整套設(shè)備在600°C煅燒2h分解掉PMMA模板在NASICON的兩邊都得到孔狀結(jié)構(gòu)，將這種孔狀對電極層標記為多孔對電極氣體傳感器。經(jīng)試驗表明多孔對電極氣體傳感器在高的濕度下仍然遵循能斯特方程，電子轉(zhuǎn)移數(shù)與理論值η = 2吻合得非常好，電動勢可以快速恢復(fù)至初始值，因為吸附在多孔對電極上的水分子的量和輔助電極上吸附的量非常接近，多孔對電極氣體傳感器能夠在相對潮濕的環(huán)境中表現(xiàn)出非常好的性能。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測co2的多孔對電極氣體傳感器制備方法，其特征在于制作步驟如下(1)制備NASIC0N :采用溶膠-凝膠法，先將 Na3P04 12H20, Si(0C2H5)4,和 Zr0(N03)2 2H20這三種物質(zhì)照重量比為1 : 2 1的比例配成水溶液，加入重量為5g的 C6H807作為分散劑，制備混合物；再將得到的混合物在50°C條件下攪拌3h形成澄清的溶膠， 溶膠在25°C放置3天得到干凝膠；然后將干凝膠在80°C干燥24h后在500°C加熱30min除 去有機物得到NASIC0N前驅(qū)體；最后將NASIC0N前驅(qū)體擠入一個盤中，并在900°C煅燒2h得 到純的NASIC0N相；(2)制備傳感器第一步先用砂紙把煅燒后得到的純NASIC0N兩邊打磨成光滑的表面， 接下來將一對鉬電極作為粘合劑刷在NASIC0N的兩邊，然后在空氣中850°C熱處理30min ； 第二步用浸涂技術(shù)將含有一種分散劑的PMMA的水溶液覆蓋在兩個鉬電極上形成一層PMMA 的膜作為模板，然后將模板在室溫下干燥，使PMMA微球通過沉淀自組裝成三維陣列；第三 步利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將一種雙組分碳酸鹽糊狀物附在NASIC0N的一邊，在NASIC0N的另一 邊，將BaCOj^ a-松油醇溶液分散到對電極上形成絲網(wǎng)印刷膏然后進行印刷；第四步將整 套設(shè)備在600°C煅燒2h分解掉PMMA模板在NASIC0N的兩邊都得到孔狀結(jié)構(gòu)，將這種孔狀對 電極層標記為多孔對電極氣體傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測C02的多孔對電極氣體傳感器制備方法，其特 征在于所述的盤直徑為10mm,厚度為2mm。
3.權(quán)利要求1所述的一種用于檢測C02的多孔對電極氣體傳感器制備方法，其特征在 于所述浸涂技術(shù)含有的分散劑為聚乙二醇，PEG, MW :20000。
4.權(quán)利要求1所述的一種用于檢測C02的多孔對電極氣體傳感器制備方法，其特征在 于所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜直徑為d.Sym。
5.權(quán)利要求1所述的一種用于檢測C02的多孔對電極氣體傳感器制備方法，其特征在 于所述雙組分碳酸鹽糊狀物為1^20)3和8&0)3的a-松油醇溶液，分子比1 2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測CO2的多孔對電極氣體傳感器制備方法，先用溶膠-凝膠法制備NASICON，然后采用浸涂技術(shù)將涂刷在NASICON兩邊的鉑電極形成PMMA膜作為模板，再利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將雙組分碳酸鹽糊狀物附在NASICON的一邊，另一邊將BaCO3的α-松油醇溶液分散到對電極上形成絲網(wǎng)印刷膏然后進行印刷，再將整套設(shè)備在600℃煅燒2h分解掉PMMA模板，在NASICON的兩邊都得到孔狀結(jié)構(gòu)而制成多孔對電極基于NASICON的氣體傳感器；本發(fā)明設(shè)計用PMMA微球作為模板設(shè)計了一種孔狀BaCO3膜作為對電極的傳感器，因為兩種電極基本一樣的孔狀結(jié)構(gòu)使得兩個鉑電極對相對濕度的依賴性可以相互抵消，所以多孔對電極基于NASICON的氣體傳感器能夠在相對潮濕的環(huán)境中表現(xiàn)出非常好的性能。
文檔編號G01N27/407GK102661987SQ201210091659
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者孫京華, 潘正海 申請人:無錫百靈傳感技術(shù)有限公司