熔盐法制备La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3)敏感电极在NO_(2)传感器中的应用

本文通过熔盐法分别在KCl、NaCl和KCl-NaCl体系中合成了钙钛矿材料La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3)(LSCF),并以其为敏感电极,以钇稳定氧化锆(YSZ)为固体电解质组装成阻抗型NO2传感器,研究了不同合成体系对传感器敏感性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析了LSCF敏感电极的相组成和微观形貌,结果表明,合成LSCF材料的粒径与熔盐体系的熔点相关,并且通过X射线光电子能谱仪发现,通过KCl体系可以制备表面Sr含量较低的LSCF,从而提高了电导率。敏感性能测试结果表明,传感器在400℃~550℃有良好的响应恢复特性,其中基于KCl熔盐体系制备的LSCF为敏感电极的传感器表现出最高的灵敏度(15.75°/十),并对CH_(4)、CO_(2)、H_(2)、NH_(3)和NO具有良好的抗干扰能力。

基于Fe掺杂SrCoO_(3)敏感电极的阻抗型NO_(2)传感器

NO_(2)作为有害污染物,会引发光化学烟雾、酸雨和土地富营养化等。为了减少NO_(2)的排放,各个国家和地区制定了相关的法律和法规。开发高性能的NO_(2)传感器对于监测和控制NO_(2)处理过程至关重要。利用Fe掺杂SrCoO_(3)为敏感电极(SE),钇稳定氧化锆(YSZ)为电解质,制备阻抗谱型NO_(2)传感器。结果表明,在550℃下,Fe掺杂SrCo_(x)Fe_(1-x)O_(3)-SE传感器对不同浓度的NO_(2)气体具有良好的响应能力;掺入Fe元素,传感器的灵敏度显著提高;在高浓度NO_(2)气氛下,相角(Θ)响应值增加明显,在低浓度NO_(2)气氛下,响应值未明显降低。综合考虑响应值和响应速率等因素,SrCo_(0.85)Fe_(0.15)O_(3)-SE传感器敏感性能最佳,最佳工作温度为550℃,最大响应值高达27.1°,是未掺杂Fe之前的1.96倍。此外,在受到CH_(4)、CO_(2)、H 2、NH 3和NO等气体的干扰下,SrCo_(0.85)Fe_(0.15)O_(3)-SE传感器仍然能够保持良好的选择性。研究可对固体电解质型NO_(2)传感器研究提供参考。

基于HTCC敏感芯体SnO_(2)薄膜NO_(2)传感器

采用高温共烧陶瓷(HTCC)技术设计制备半导体气体传感器敏感芯体。敏感芯体分为两层结构:加热层和叉指电极层。运用磁控溅射技术在叉指电极层制备SnO_(2)薄膜敏感层,制成气体传感器。对气体传感器进行测试,结果表明:传感器在300℃工作温度下对NO_(2)表现出优异的气敏性能,可实现(10~200)×10-6范围内NO_(2)快速响应,100×10-6 NO_(2)灵敏度高达32.3,响应/恢复时间为2.2/2.6 s,且传感器一致性较佳。

具有高效三相界面的阻抗谱型NO_(2)传感器

基于钆掺杂的二氧化铈(CGO)固体电解质和NiO敏感电极(NiO-SE)制备了阻抗谱型NO_(2)传感器,并研究了其的气敏特性。采用浓盐酸刻蚀CGO多孔层骨架,以获得较大的三相界面(TPB)面积,提高传感器的传感性能。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析传感器的相组成和表面形貌。采用CHI660型电化学工作站测试传感器的传感性能。结果表明,浓盐酸刻蚀后,CGO多孔层的表面粗糙度增加。对刻蚀时间(30~180 min)进行了优化,刻蚀120 min时传感器的敏感性能最佳。当温度为500℃时,传感器在0~700 ppm的NO_(2)浓度中灵敏度高达12.95。该传感器对CO_(2)、CH_(4)、H_(2)、NO_(2)、NO具有良好的抗干扰能力,O_(2)对传感器性能具有一定的影响。

基于La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)/Ag双相复合敏感电极的NO_(2)传感器研究

为了提高NO_(2)传感器的敏感性能,采用自分相法制备La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)(LSCF)和LSCF+0.050Ag,LSCF+0.075Ag,LSCF+0.100Ag双相敏感电极,并以YSZ为固体电解质,制备阻抗谱型NO_(2)传感器,研究Ag的掺杂量对传感器性能的影响。结果表明,与Z',Z″,|Z|相比,θ作为响应信号时传感器的响应恢复时间更短、响应信号更稳定;以θ为响应信号,基于LSCF,LSCF+0.050Ag,LSCF+0.075Ag和LSCF+0.100Ag敏感电极的传感器在450℃最佳工作温度下的灵敏度分别为11.12°,11.28°,13.62°和9.56°/10,其中LSCF+0.075Ag表现出更高的灵敏度,表现出优异的重现性和长期稳定性;此外,传感器对CH_(4),CO_(2),H_(2),CO和NH_(3)表现出优异的抗干扰性能。因此,采用自分相法制备第二相分布均匀、催化活性优异的双相敏感电极材料,有效提升了传感器的灵敏度及选择性,可为高性能NO_(2)传感器的制备提供新思路。

固体电解质基NO_(2)传感器用敏感电极材料的金属修饰或掺杂研究进展

简单综述了固体电解质基NO_(2)传感器用敏感电极材料在金属修饰或掺杂方面的主要研究进展,并对固体电解质基NO_(2)传感器在金属修饰或掺杂方面存在的问题及未来研究方向进行了展望。

基于SMC复合材料矿用NO_(2)传感器外壳设计

针对传统的不锈钢材质传感器外壳可塑性差且加工成本高的问题,通过研究SMC玻璃纤维环氧树脂复合材料的力学性能,按照等效刚度原则计算传感器外壳的壁厚,建立三维模型,并进行了静力学仿真分析验证。仿真分析结果表明:基于最大应变准则,采用SMC玻璃纤维环氧树脂复合材料设计的矿用NO_(2)传感器外壳能承受0.5 MPa的静压力,满足使用强度要求。

碲基金修饰场效应管型二氧化氮传感器

NO_(2)作为机动车尾气和工业排放中最常见的污染物之一,其预警监测对于环境与人体健康有着重要意义。工业生产与人民生活的智能化趋势对传感器在高性能、微型化、集成化等方面提出了更高要求。场效应管作为一种重要的电学器件结构,由于与MEMS工艺兼容,在器件的小型化和集成化方面具有巨大优势,因而基于新结构与新材料开发高性能场效应管型NO_(2)传感器具有重要研究价值。本工作通过水热法合成了碲纳米带沟道材料,通过表征证实了材料的条带状形貌与单晶结构,并在此基础上完成了碲基场效应管的制备。为进一步提升器件的响应特性,对沟道表面进行了金修饰,并对比测试金修饰前后的气敏特性。金修饰后器件响应恢复速率加快,基线漂移得到改善,检测下限拓宽至100ppb,同时传感器表现出良好的选择性与重复性。从载流子迁移、Au与Te的金属-半导体接触、器件比表面积与化学吸附氧的作用几个角度对气敏机理进行分析,建立了碲基场效应管型NO_(2)传感器敏感机理模型。本工作为场效应管型有毒有害气体传感器的设计制备与增敏提供了一种有效策略。

多孔SnO_(2)纤维的简易模板合成及近室温NO_(2)超高响应

以废弃的烟嘴为模板,通过简单的锡盐浸渍和600℃空气煅烧成功合成了由均匀的纳米粒子交联形成且具有沟槽结构的多孔SnO_(2)纤维(Sn CB-600)。这种独特的结构特征有利于暴露更多的活性位点,促进目标气体在敏感层的快速扩散和表面化学反应,进而有效提高其传感能力。在近室温(50℃)下,Sn CB-600传感器对10 ppm NO_(2)气体的响应值高达3410,明显好于迄今报道的绝大多数SnO_(2)基气体传感器,且具有快的恢复特性(68 s),低的实际检测限(300 ppb),好的稳定性、重现性和抗湿性。因此,Sn CB-600传感器具有低能耗下监测有害NO_(2)气体的应用潜力,这种简单和可控的合成方法也为废弃烟嘴的高值化利用提供了新思路。

基于F^(-)掺杂La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_(3-δ)敏感电极的阻抗型NO_(2)传感器

以钇稳定氧化锆(YSZ)为固体电解质,湿法浸渍技术制备钙钛矿结构的La_(0.8)Sr_(0.2)Mn O_(3-δ)(LSM)和La_(0.8)Sr_(0.2)Mn O_(3-x-δ)F_(x) (LSMF)为敏感电极(SE),铂(Pt)为参比电极,组装了一种固体电解质基阻抗型NO_(2)传感器。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)技术对敏感电极材料的相组成和微观结构进行分析。结果表明,F^(-)的掺杂不会改变LSM的晶体结构,浸渍敏感电极材料后,多孔层依旧保持三维立体结构;在450℃下,F^(-)掺杂的LSMF_(0.2)-SE传感器具有最高的响应值。与LSM-SE传感器相比,LSMF_(0.2)-SE传感器的敏感性能明显提升,并具有良好的稳定性和抗干扰能力。