專利名稱：二氧化錫煤氣(氫敏型)敏感元件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及SnO2系煤氣(氫敏型)敏感元件。
目前家庭廚房或工廠用人工煤氣(焦?fàn)t煤氣)或氫氣的地方，對(duì)泄漏氣體的檢測(cè)多數(shù)使用半導(dǎo)體型氣體傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)低濃度氣體靈敏度高，響應(yīng)恢復(fù)快，價(jià)格便宜；缺點(diǎn)是在使用中容易受乙醇?xì)怏w的干擾，是造成誤報(bào)的原因之一。
特開(kāi)昭56-120684公開(kāi)了一種SnO2系氣體傳感器其基本原理是在SnO2系氣體傳感器上，加涂一層Co3O4-a-Al2O3過(guò)濾涂層，用于降低對(duì)乙醇的靈敏度。美國(guó)專利US4397888公開(kāi)了一種SnO2厚膜氫氣和一氧化碳傳感器，用PdCl2、PtCl2、RuCl3做催化劑，沒(méi)有過(guò)濾層，未報(bào)道對(duì)乙醇的靈敏度。李文范等(儀表技術(shù)與傳感器，1993，(6)，21-23)報(bào)道了一種常溫SnO2-Pd氣敏元件，該元件對(duì)氫氣、煤氣敏感，但為單層式元件，未加過(guò)濾層。穆寶貴等報(bào)道的＂表面覆膜SnO2半導(dǎo)體氫敏元件＂(傳感器技術(shù)，1991，(1)，31-34)是在表面復(fù)蓋SiO2膜，使元件對(duì)氫氣敏感。且上述傳感器的電極均是用金電極漿料制成的，成本較高本發(fā)明的目的是為了克服SnO2氣敏元件在使用煤氣、氫氣報(bào)警的場(chǎng)合因乙醇?xì)怏w的干擾而誤報(bào)的缺點(diǎn)，以提高其選擇性；同時(shí)改變電極成分，以降低成本。
本發(fā)明采用下述技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)其目的首先用醋酸鈀、硝酸銀為催化劑，并加入適當(dāng)?shù)奶砑觿?，制成?duì)氫氣敏感的SnO2氣敏元件，再用η-Al2O3或η-Al2O3·SiO2為擔(dān)體，在擔(dān)體中加RuCl3做催化劑，做成Ru-η-Al2O3催化復(fù)層(過(guò)濾層)，加涂在SnO2氣敏層上，做成雙涂層元件，使元件對(duì)乙醇的靈敏度大大降低；同時(shí)，用二氧化釕電極漿料代替金電極漿料，以降低成本。
本發(fā)明的煤氣(氫敏型)敏感元件包括一個(gè)六腳膠木底座(1)，一個(gè)敏感體(2)，一個(gè)由鎳鉻絲繞成的螺線管加熱線圈(3)，一個(gè)鍍鎳的黃銅卡圈(4)，一個(gè)雙層不銹鋼絲網(wǎng)罩(5)；所說(shuō)的敏感體(2)由瓷管(2-1)、位于瓷管兩端的環(huán)形電極(2-2)、一對(duì)鉑絲電極引線(2-3)、SnO2氣體敏感涂層(2-4)、催化復(fù)層(過(guò)濾層)(2-5)組成，電極引線(2-3)的4支腳分別同底座(1)的1，3和4，6腳焊連，并分別扎在電極(2-2)上，加熱線圈(3)穿在瓷管(2-1)內(nèi)并同底座的2，5腳相連；本發(fā)明的特征是A、所說(shuō)的敏感涂層(2-4)由下列組分組成(按基體材料的重量％計(jì))基體材料SnO2，貴金屬催化劑醋酸鈀1-3，硝酸銀1-3，半導(dǎo)體化劑氧氯化銻1-4，添加劑Al2O31-5，粘合劑，由乙基纖維素溶于松油醇溶劑中，其濃度為2-4％；B、所說(shuō)的催化復(fù)層(2-5)由下列組分組成(按擔(dān)體的重量％計(jì))擔(dān)體η-Al2O3或η-Al2O3·SiO2，貴金屬催化劑水合三氯化釕2-3，粘合劑，由乙基纖維素溶于松油醇溶劑中，其濃度為2-4％；C、所說(shuō)的電極(2-2)是用RuO2電極漿料制成的，在距瓷管兩端口0.5-0.6m處用昆明貴金屬研究所出售的商品TDE型漿料各畫(huà)一個(gè)圓環(huán)，燒結(jié)后形成電極；D、所說(shuō)的瓷管(2-1)的內(nèi)徑、外徑和長(zhǎng)度分別為0.8、1.35、4mm；E、所說(shuō)的加熱線圈(3)是用直徑0.06mm的鎳鉻絲繞成的，線圈圈數(shù)52-54，線圈直徑0.72mm，線圈電阻44-46歐姆；F、所說(shuō)的鉑電極引線(2-3)是用直徑0.06mm的鉑絲，分別扎在RuO2圓環(huán)電極上。
本發(fā)明敏感元件的制備方法包括下述工序
1、將鎳鉻絲按要求繞成線圈；2、按要求在瓷管上畫(huà)RuO2電極，在900-920℃灼燒40-60分鐘，冷卻后在RuO2電極上扎上鉑絲引線；3、按化學(xué)計(jì)量比將SnO2、氧氯化銻、醋酸鈀、硝酸銀、Al2O3混合后用水調(diào)成糊狀，120℃烘干，500℃灼燒30分鐘，得到SnO2氣敏料。將配好的SnO2氣敏料用粘合劑調(diào)成糊狀涂在經(jīng)工序2后的瓷管上，涂層厚度0.06-0.08mm，自然風(fēng)干后于700-750℃下灼燒15-20分鐘；4、按化學(xué)計(jì)量比將η-Al2O3和水合三氯化釕混合，加水調(diào)勻浸漬，120℃烘干，400℃氫還原，得到Ru-η-Al2O3催化復(fù)層(過(guò)濾層)料，將Ru-η-Al2O3催化復(fù)層料用粘合劑調(diào)成糊狀涂在經(jīng)工序3的SnO2氣敏層上，涂層厚度1-1.5mm，自然風(fēng)干后于500-550℃下灼燒15-20分鐘，得到敏感體(2)；5、將敏感體(2)的電極引線分別焊接在膠木底座的1，3和4，6腳上，加熱線圈穿過(guò)瓷管焊接在底座的2，5腳上；6、在經(jīng)過(guò)工序5的產(chǎn)品上罩上鍍鎳黃銅卡圈及不銹鋼絲網(wǎng)罩，經(jīng)滾邊后形成元件；7、在正常工作條件下通電老化7-10天；8、經(jīng)老化后的元件，進(jìn)行靈敏度、分辨率、響應(yīng)、及恢復(fù)時(shí)間等性能測(cè)試。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用醋酸鈀和硝酸銀為SnO2氣敏料的催化劑，使元件在較低的功率下對(duì)氫氣和煤氣有較高的靈敏度。
2、本發(fā)明采用Ru-η-Al2O3作為SnO2氫氣敏感元件的過(guò)濾層，使其對(duì)乙醇的靈敏度大大降低。
3、本發(fā)明采用TDE電極漿料做電極，與常規(guī)用的金電極相比，成本降低，而且元件性能較穩(wěn)定。


圖1是本發(fā)明敏感元件結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(1)是六腳膠木底座，(2)是敏感體，(3)是鎳鉻絲加熱線圈，(4)是鍍鎳黃銅卡圈，(5)是不銹鋼絲網(wǎng)罩。
圖2是敏感體(2)的縱剖面圖。圖中(2-1)為瓷管，(2-2)為位于瓷管兩端的RuO2環(huán)形電極，(2-3)為鉑絲電極引線，(2-4)為SnO2氣體敏感涂層，(2-5)為催化復(fù)層(過(guò)濾層)。
圖3是本發(fā)明煤氣酒敏感元件對(duì)不同氣體的靈敏度測(cè)試圖。
實(shí)施例1在瓷管上畫(huà)RuO2電極，在920℃灼燒40分鐘，冷后在RuO2電極上扎上鉑絲引線；取10克SnO2，加0.3克氧氯化銻，0.25克醋酸鈀，0.25克硝酸銀，0.5克Al2O3，混合后用水調(diào)成糊狀，120℃烘干，500℃灼燒30分鐘，得到SnO2氣敏料。
取10克η-Al2O3，加0.27克水合三氯化釕，加水調(diào)勻浸漬，120℃烘干，400℃氫還原60分鐘，得到Ru-η-Al2O3催化復(fù)層(過(guò)濾層)料。
將SnO2氣敏料用粘合劑調(diào)成糊狀，涂在已做好電極及鉑絲引線的瓷管上，涂層厚度0.06mm，自然風(fēng)干后于700℃下灼燒15分鐘。冷后再將Ru-η-Al2O3催化復(fù)層(過(guò)濾層)料用粘合劑調(diào)成糊狀，涂在已燒好的SnO2氣敏層上，涂層厚度1±0.1mm，自然風(fēng)干后于500℃下灼燒15分鐘，得到氣體敏感體，將制得的敏感體焊接在膠木底座上，將加熱線圈穿入瓷管內(nèi)，并與底座連接，配上卡圈及絲網(wǎng)罩，經(jīng)老化而成元件，并進(jìn)行性能測(cè)試。
實(shí)施例2在瓷管上畫(huà)RuO2電極，在910℃灼燒50分鐘，冷后在RuO2電極上扎上鉑絲引線；取10克SnO2，加0.4克氧氯化銻，0.14克醋酸鈀，0.15克硝酸銀，0.2克Al2O3，混合后用水調(diào)成糊狀，120℃烘干，500℃灼燒30分鐘，得到SnO2氣敏料。
取10克η-Al2O3，加0.27克水合三氯化釕，加水調(diào)勻浸漬，120℃烘干，400℃氫還原60分鐘，得到Ru-η-Al2O3催化復(fù)層(過(guò)濾層)料。
將SnO2氣敏料用粘合劑調(diào)成糊狀，涂在已做好電極及鉑絲引線的瓷管上，涂層厚度0.07mm，自然風(fēng)干后于750℃下灼燒15分鐘，冷后再將Ru-η-Al2O3催化復(fù)層(過(guò)濾層)料用粘合劑調(diào)成糊狀，涂在已燒好的SnO2氣敏層上，涂層厚度1.3±0.1mm，自然風(fēng)干后于500℃下灼燒10分鐘，得到氣體敏感體，將制得的敏感體焊接在膠木底座上，將加熱線圈穿入瓷管內(nèi)，并與底座連接，配上卡圈及絲網(wǎng)罩，經(jīng)老化而成元件，并進(jìn)行性能測(cè)試。
實(shí)施例3在瓷管上畫(huà)RuO2電極，在900℃灼燒60分鐘，冷后在RuO2電極上扎上鉑絲引線；取10克SnO2，加0.35克氧氯化銻，0.10克醋酸鈀，0.15克硝酸銀，0.5克Al2O3，混合后用水調(diào)成糊狀，120℃烘干，500℃灼燒30分鐘，得到SnO2氣敏料。
取10克η-Al2O3，加0.27克水合三氯化釕，加水調(diào)勻浸漬，120℃烘干，400℃氫還原60分鐘，得到Ru-η-Al2O3催化復(fù)層(過(guò)濾層)料。
將SnO2氣敏料用粘合劑調(diào)成糊狀，涂在已做好電極及鉑絲引線的瓷管上，涂層厚度0.08mm，自然風(fēng)干后于750℃下灼燒15分鐘，冷后再將Ru-η-Al2O3催化復(fù)層(過(guò)濾層)料用粘合劑調(diào)成糊狀，涂在已燒好的SnO2氣敏層上，涂層厚度1.5±0.1mm，自然風(fēng)干后于500℃下灼燒10分鐘，得到氣體敏感體，將制得的敏感體焊接在膠木底座上，將加熱線圈穿入瓷管內(nèi)，并與底座連接，配上卡圈及絲網(wǎng)罩，經(jīng)老化而成元件，并進(jìn)行性能測(cè)試。
權(quán)利要求
1.一種煤氣(氫敏型)敏感元件包括一個(gè)六腳膠木底座(1)，一個(gè)敏感體(2)，一個(gè)由鎳鉻絲繞成的螺線管加熱線圈(3)，一個(gè)鍍鎳的黃銅卡圈(4)，一個(gè)雙層不銹鋼絲網(wǎng)罩(5)；所說(shuō)的敏感體(2)由瓷管(2-1)、位于瓷管兩端的環(huán)形電極(2-2)、一對(duì)鉑絲電極引線(2-3)、SnO2氣體敏感涂層(2-4)、催化復(fù)層(過(guò)濾層)(2-5)組成，電極引線(2-3)的4支腳分別同底座(1)的1，3和4，6腳焊連，并分別扎在電極(2-2)上，加熱線圈(3)穿在瓷管(2-1)內(nèi)并同底座的2，5腳相連；本發(fā)明的特征是A、所說(shuō)的敏感涂層(2-4)由下列組分組成(按基體材料的重量％計(jì))基體材料SnO2，貴金屬催化劑醋酸鈀1-3，硝酸銀1-3，半導(dǎo)體化劑氧氯化銻1-4，添加劑Al2O31-5，粘合劑，由乙基纖維素溶于松油醇溶劑中，其濃度為2-4％；B、所說(shuō)的催化復(fù)層(2-5)由下列組分組成(按擔(dān)體的重量％計(jì))擔(dān)體η-Al2O3或η-Al2O3·SiO2，貴金屬催化劑水合三氯化釕2-3，粘合劑，由乙基纖維素溶于松油醇溶劑中，其濃度為2-4％；C、所說(shuō)的電極(2-2)是用RuO2電極漿料制成的，在距瓷管兩端口0.5-0.6mm處用昆明貴金屬研究所出售的商品TDE型漿料各畫(huà)一個(gè)圓環(huán)，燒結(jié)后形成電極；D、所說(shuō)的瓷管(2-1)的內(nèi)徑、外徑和長(zhǎng)度分別為0.8、1.35、4mm；E、所說(shuō)的加熱線圈(3)是用直徑0.06mm的鎳鉻絲繞成的，線圈圈數(shù)52-54，線圈直徑0.72mm，線圈電阻44-46歐姆；F、所說(shuō)的鉑電極引線(2-3)是用直徑0.06mm的鉑絲，分別扎在RuO2圓環(huán)電極上。
2.一種煤氣敏感元件的制備方法，其特征包括下述工序(1)將鎳鉻絲按要求繞成線圈；(2)按要求在瓷管上畫(huà)RuO2電極，在900-920℃灼燒40-60分鐘，冷卻后在RuO2電極上扎上鉑絲引線；(3)按化學(xué)計(jì)量比將SnO2、氧氯化銻、醋酸鈀、硝酸銀、Al2O3混合后用水調(diào)成糊狀，120℃烘干，500℃灼燒30分鐘，得到SnO2氣敏料。將配好的SnO2氣敏料用粘合劑調(diào)成糊狀涂在經(jīng)工序2后的瓷管上，涂層厚度0.06-0.08mm，自然風(fēng)干后于700-750℃下灼燒15-20分鐘；(4)按化學(xué)計(jì)量比將η-Al2O3和水合三氯化釕混合，加水調(diào)勻浸漬，120℃烘干，400℃氫還原，得到Ru-η-Al2O3催化復(fù)層(過(guò)濾層)料，將Ru-η-Al2O3催化復(fù)層料用粘合劑調(diào)成糊狀涂在經(jīng)工序3的SnO2氣敏層上，涂層厚度1-1.5mm，自然風(fēng)干后于500-550℃下灼燒15-20分鐘，得到敏感體(2)；(5)將敏感體(2)的電極引線分別焊接在膠木底座的1，3和4，6腳上，加熱線圈穿過(guò)瓷管焊接在底座的2，5腳上；(6)在經(jīng)過(guò)工序5的產(chǎn)品上罩上鍍鎳黃銅卡圈及不銹鋼絲網(wǎng)罩，經(jīng)滾邊后形成元件；(7)在正常工作條件下通電老化7-10天；(8)經(jīng)老化后的元件，進(jìn)行靈敏度、分辨率、響應(yīng)、及恢復(fù)時(shí)間等性能測(cè)試。
全文摘要
一種煤氣(氫敏型)敏感元件，包括底座、氣體敏感體、加熱線圈、鍍鎳黃銅卡圈、不銹鋼絲網(wǎng)罩；其特征是敏感體由敏感層和催化復(fù)層組成，敏感層由基體材料SnO
文檔編號(hào)G01N27/16GK1157412SQ96108689
公開(kāi)日1997年8月20日 申請(qǐng)日期1996年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月16日
發(fā)明者王錦芬, 黎鼎鑫, 萬(wàn)吉高, 黎淑萍, 莊滇湘, 謝宏潮 申請(qǐng)人:昆明貴金屬研究所