基于固体电解质的NH3气体传感器的研制
在工业生产和人们的日常活动中有着广泛应用的NH3是具有毒性的，即使是在浓度非常低的情况下仍然会对人体的健康产生威胁。因此，研发能够实现对NH3进行实时检测、灵敏度高、抗干扰能力强、性能稳定并且价格低廉的NH3传感器是当前氨气检测的研究开发方向。基于固体电解质的混合电动势型NH3传感器由于具有结构简单、不需要参比气体、良好的稳定性和选择性而得到广泛应用。本文从敏感电极材料和固体电解质两个方面入手，制备了三种混合电动势型NH3传感器，对传感器性能的提升进行了研究。 首先，用固体电解质8mol%Y2O3掺杂的ZrO2(8YSZ)，敏感材料WO3制备片式混合电势型NH3传感器(简称8YSZ-WO3传感器)。对600℃、650℃、700℃和750℃下烧制的试样，从微观结构和性能两方面入手，探究电极煅烧温度对传感器性能的影响。研究发现：其中，于700℃下煅烧得到的器件性能最佳，550℃下，该传感器对250ppmNH3的响应信号大小为59.35mV，灵敏度为52.65mV/decade。 然后，利用介孔WO3代替普通WO3，探究传感器性能与敏感电极材料结构之间的联系。测试分析得出，该器件在250-650℃之间表现出良好的测试性能，适用温度范围广，其中500℃下状态最佳，灵敏度为118.8mV/decade，对250ppmNH3的响应信号大小为164.52mV。在整个测试温度范围内，与普通WO3相比，介孔WO3都表现出更高的灵敏度。此外，它还具有良好的重复稳定性和选择性。 最后，利用固体电解质Ce0.8Gd0.2O1.9(GDC)代替8YSZ制作了一种新的NH3传感器(简称为GDC-WO3传感器)。研究发现，相对于比8YSZ-WO3传感器，GDC-WO3具有更高的NH3灵敏度，并且具有良好的选择性、重复性和稳定性。表明GDC合适用作NH3传感器的电解质。电化学阻抗测量表明，GDC的高氧离子电导率降低了TPB的电荷转移电阻，增加了电流密度，并提高了气体传感器的性能。此外还对该传感器对NH3的测试原理进行了探究。
NH3气体传感器;混合电动势;电荷转移;电流密度;固体电解质
上海应用技术大学
硕士
材料化学工程
张骋;蒋丹宇
2017
中文
TP212
2021-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）