CN103954670A - 具有高效三相界面的ysz基混成电位型no2传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种具有高效三相界面的基于多孔YSZ基板的混成电位型NO₂传感器及其制备方法，属于气体传感器技术领域。传感器顺次由带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板、一侧具有造孔表面的多孔YSZ基板、Pt参考电极和NiO敏感电极组成；参考电极和敏感电极均为条状结构，对称的设置在多孔YSZ基板造孔表面上靠近边缘处；多孔YSZ基板是在YSZ基板上再刮涂一层添加了造孔剂的YSZ浆料，经低温脱脂和高温烧结后制备得到，其为双层结构且表面粗糙多孔。造孔剂种类有PMMA，石墨，淀粉三种，三种造孔剂的掺杂比均为5％～15％。本发明通过增加混成电位型NO₂传感器的三相界面的反应面积和活性位点来提高传感器的灵敏度。

Description

具有高效三相界面的YSZ基混成电位型NO2传感器及其制备方法

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种具有高效三相界面的基于多孔YSZ基板的混成电位型NO₂传感器及其制备方法，该传感器主要用于汽车尾气的检测。

背景技术

随着环境污染的日益严重，人类越发的关注污染源的预防及治理。汽车尾气是一项不可忽视的污染源，其大部分都是足以危害到人类健康的有害物质。为了将环境污染降到最低，各国更多的关注节能减排，制定严格的尾气排放标准，并对燃料进行了规定，减少含铅量，并增加对尾气检测的重视程度，积极推进安装尾气净化装置。

能源短缺最直接的后果就促使汽车企业要改善发动机，采用稀燃式发动机通过稀薄燃烧技术(LEAN)来实现传统燃油汽车的节能环保。技术的关键在于是通过增大空燃比和压缩比来提高燃烧效率。这种发动机因燃料的充分燃烧具有高比动力输出值、高燃料利用率、小的CO和HC排放量等优点。但排气中O₂浓度过高，反而使得尾气中HC和CO不能充分有效地利用来还原NO₂，使传统三元催化剂净化系统无法将之有效除去，造成尾气中大比例的NO₂的排放，对空气造成严重污染，危害人体健康。

因此，需要在原有的三元催化系统的后端增加NO₂吸储型催化剂(NSC)进行二次净化。而稀燃式发动机NO₂净化系统的构筑的关键技术所在是在NSC的前后设置NO₂传感器，用于控制发动机的燃烧状态和确定吸储型催化剂的再生时机。这种用途的传感器要求较高，除要求具有良好的灵敏度之外，还必须具备优良的耐高温抗腐蚀特性，及优良的气体选择。

而典型的固体电解质---稳定氧化锆(YSZ)和氧化物电极材料具有良好的热稳定性和化学稳定性，这就保证了其能适应汽车尾气的高温高湿的恶劣环境，因此由二者构成的NO₂传感器在汽车排气监控领域具有潜在的重要应用。

根据混成电位的理论，以YSZ为基板、以NiO为敏感材料的传感器可以看作如下两个的电化学电池：

在空气中：O₂,NiO/YSZ/Pt,O₂

在样品气体中：O₂+NO₂,NiO/YSZ/Pt,NO₂+O₂

当气氛中NO₂通过敏感电极层向三相反应界面扩散，在扩散过程中发生如下反应：

阴极：  (1-1)

阳极：  (1-2)

反应(1-1)(1-2)是对电化学氧化还原反应，构成局部电池，当两个反应的速率相同时，在敏感电极上的电位就称为混成电位，它与参考电极的电位差作为传感器的检测信号，信号的强弱主要受电极的电催化活性以及到达三相反应界面处的NO₂浓度影响。达到三相反应界面NO₂，同时发生电化学还原反应(1-1)和氧化反应(1-2)，两者达到平衡时形成混成电位。其大小主要由敏感电极材料，电化学反应的速率，NO₂浓度和O₂浓度来决定；而反应率取决于电极材料的分子组成，分子结构，微观结构以及三相反应界面的微结构。为了提高传感器的灵敏度，需要设计良好的三相界面以提高氧化还原过程的电化学反应速率。

故若想构筑高性能的混成电位型传感器，可从探索高性能敏感电极材料和设计高效的三相反应界面两个关键点入手。而考虑到关于三相界面研究的缺乏，本发明把精力更多的集中在三相反应界面的微结构上，设计具有三维结构的高效三相反应界面结构，从而大幅度提高混成电位型传感器的灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高效三相界面的基于多孔YSZ基板的混成电位型NO₂传感器及其制备方法。

本发明独特的将刮涂技术与造孔技术结合，分别以PMMA、石墨或淀粉为造孔剂，造孔剂所占比例为YSZ粉体质量的5～15％。在YSZ基板上刮涂一层含有造孔剂成分的YSZ素坯，并在1450～1550℃下烧结，分解排除造孔剂并成型，形成表面多孔的YSZ基板，从而达到增加三相界面的目的，提高灵敏度。

本发明所述的是一种基于多孔YSZ基板的混成电位型NO₂传感器，顺次由带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板、一侧具有造孔表面的多孔YSZ(掺杂8wt％Y₂O₃的ZrO₂)基板、Pt参考电极和NiO敏感电极组成，其中参考电极和敏感电极均为条状结构，对称的设置在多孔YSZ基板造孔表面上的边缘处；多孔YSZ基板是在YSZ基板上再刮涂一层添加了造孔剂的YSZ浆料，经低温脱脂和高温烧结后制备得到，其为双层结构且表面粗糙多孔。YSZ基板的非造孔表面与带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板由无机粘合剂粘结在一起(水玻璃Na₂SiO₃·9H₂O与Al₂O₃质量比4：1混合制得)。

本发明首次提出通过刮涂技术来构筑高性能的三相反应界面，进而提高传感器的敏感性能，且这种方法利于工艺简单，节约成本，易于推广，便于大批量工业生产。

本发明所述基于多孔YSZ基板混成电位型NO₂传感器的制备方法的步骤如下：

一、多孔YSZ基板的制作：

(1)含有造孔剂浆料的制备：

将YSZ粉体(掺杂8wt％Y₂O₃的ZrO₂)、乙醇(溶剂，YSZ粉体质量的30～40％)、丁酮(溶剂，YSZ粉体质量的75～85％)、聚乙烯醇烯丁醛(PVB，粘结剂，YSZ粉体质量的20～30％)、三乙醇胺(分散剂，YSZ粉体质量的5～15％)和邻苯二甲酸二乙酯DEP(塑形剂，YSZ粉体质量的25～30％)搅拌均匀后得到基础浆料；然后向其中加入YSZ粉体质量的5～15％的造孔剂(PMMA、石墨或淀粉)，球磨10～30h后于真空搅拌机内均匀除泡2～5h。

其中溶剂乙醇和丁酮将各种粉体及添加剂溶解在一起；粘结剂PVB将YSZ颗粒粘结的更紧密，使流延后的素坯不会干裂；分散剂三乙醇胺使得各个组分之间分散均匀；塑形剂则用来降低粘结剂的粘化温度，使得在室温下素坯具有一定韧性。

(2)刮涂：

a.取YSZ基板，沿基板边界以蓝膜固定一个窗口，窗口内为要刮图浆料的区域，蓝膜层数为固定值(3～5层)

b.将含有造孔剂的浆料滴加到窗口中；

c.用刮刀快速贴紧蓝膜刮过窗口，刮走多余浆料，并将窗口内浆料晾干；

d.重复3～4次步骤c，在YSZ基板上得到胶皮状素坯；

e.烧结：将得到的YSZ基板及素坯以1～2℃/min的升温速率升温至400～450℃并保持1～2h，然后以1～2℃/min速率升温至600～650℃并保持2～3h，再以1～2℃/min速率升温至1450～1550℃，保持3～5h进行烧结；最后降温至室温，降温速率为2～3℃/min，从而得到具有多孔三相界面的YSZ基板。

含有造孔剂的胶皮状素坯在1450～1550℃高温烧结后，由于造孔剂的分解排除，会在YSZ素坯上原来造孔剂的位置处留下孔隙，从而达到造孔，即在YSZ表面上形成“粗糙”的稳定多孔结构，使得平面YSZ基板的一侧具有造孔表面，以增大敏感电极和固体电解质的接触面积，有效提高三相界面的面积和活性位点，进而大幅度提高电子转移速率和电化学反应速率，最终达到提高灵敏度的目的。

二、NO₂传感器的制作：

本发明制作的是平面式YSZ基NO₂传感器。采用的是混成电位型传感器结构。其制作步骤如下：

1、取多孔YSZ基板，先后用水和无水乙醇多次超声清洗，烘干后待用；

2、取市购的铂浆，在超声清洗过的YSZ基板的多孔表面上，靠近边缘的一侧涂覆一个细小的铂浆条带作为参考电极，在靠近边缘的另一侧沾取铂浆粘在多孔表面上形成铂浆圆点；对应另一端的边界处制作一个小的铂浆圆点

3、取两段细铂丝，分别粘在基板两端的铂浆条带与铂浆圆点上，然后将YSZ基板放置在红外灯下烘烤2～3小时；再将YSZ基板在1000～1200℃下烧结1～2h，从而排除市购铂浆中的松油醇，然后降至室温。

4、取NiO敏感电极材料，在玛瑙研钵中充分研磨后加入少量去离子水，调配成黏稠状的浆料，将其涂覆在铂浆圆点上，形成条带状的敏感电极；

5、将上步骤制备的器件在1100～1300℃下烧结1～3小时，从而排除NiO中的去离子水及其它添加物。

6、取带有Pt蛇形电极的加热板(在Al₂O₃陶瓷板上通过丝网印刷Pt蛇形电极得到)，在其印有Pt电极的一面，均匀地涂上一层无机粘合剂(用水玻璃Na₂SiO₃·9H₂O与Al₂O₃质量比4:1混合制得)，然后将上步骤制备的器件与加热板粘在一起，在200～400℃下烧结20～40分钟；

7、将上步骤制得的器件焊接封装，从而制备得到混成电位型传感器的原型器件。

本发明的优点：

(1)传感器利用典型的固体电解质——YSZ(钇稳定氧化锆)和氧化物电极材料NiO，具有良好的热稳定性和化学稳定性，可用于苛刻恶劣环境下的NO₂检测。

(2)通过刮涂法制备的多孔结构的YSZ基板使得导电层在界面处有足够多的接触面积和活性位点，并保证YSZ基板具有较好的机械强度。

(3)通过掺杂造孔剂使构筑YSZ基板的表面变得粗糙多孔，进而构筑高性能混成电位型NO₂传感器三相反应界面，会为混成电位传感器的电化学反应提供更多的反应活性位点，从而达到提高反应灵敏度，提升传感器性能的作用，并促进其实用化。

(4)使用PMMA、石墨或淀粉作为造孔剂，既可以尽可能的降低成本，同时也不会带来任何环境危害。

(5)利用刮涂技术来构筑高性能的三相反应界面，进而提高传感器的敏感性能，且这种方法利于工艺简单，节约成本，易于推广，便于大批量工业生产。

附图说明

图1：混成电位型YSZ基NO₂传感器的结构示意图；

各部件名称为：敏感电极1，参考Pt电极2，多孔YSZ基板层3，平面YSZ基板层4，Pt蛇形电极5，Al₂O₃陶瓷板6；

图2：刮涂过程示意图

各部件名称为：由多孔YSZ基板层3和平面YSZ基板层4构成的双层结构的YSZ基板7，蓝膜边框8，添加造孔剂的浆料9，刮刀10；

图3：PMMA质量含量分别为5％，10％，15％条件下的扫描电镜照片；

由图可见，随PMMA含量的提高，造孔的孔隙率显著提高；

图4：石墨含量分别为5％，10％，15％条件下的扫描电镜照片

由图可见，随石墨质量含量的提高，造孔的孔隙率显著提高。

图5：淀粉含量分别为5％，10％，15％条件下的扫描电镜照片

由图可见，随淀粉质量含量的提高，造孔的孔隙率显著提高。

图6：不同PMMA质量比的YSZ基板得到的传感器基板的传感器ΔEMF(电势差变化值)随NO₂浓度变化曲线；

由图可见，三种掺杂浓度对器件性能均有显著提升，其中PMMA含量为10％时响应最大，为93.07mv；可见刮涂技术及造孔的方法对三相界面型传感器具有较好的改性。

图7：不同石墨质量比的YSZ基板得到的传感器基板的传感器ΔEMF(电势差变化值)随NO₂浓度变化图；

由图可见，三种掺杂浓度对器件性能均有显著提升，其中石墨含量为5％时响应最大，为104.33mv；可见刮涂技术及造孔的方法对三相界面型传感器具有较好的改性。

图8：不同淀粉质量比的YSZ基板得到的传感器基板的传感器ΔEMF(电势差变化值)随NO₂浓度变化图；

由图可见，三种掺杂浓度对器件性能均有显著提升，其中淀粉含量为10％时响应最大，为114.61mv；可见刮涂技术及造孔的方法对三相界面型传感器具有较好的改性。

具体实施方式

对比例1：

以未经过任何造孔的YSZ基片作为导电的YSZ基板，以NiO作为敏感电极，以Pt作为参考电极制作混成电位型NO₂传感器，其具体的制作过程：

1.制作传感器的YSZ基板。选取市售YSZ粉体(掺杂4克Y₂O₃的ZrO₂)50g，加入溶剂乙醇25mL、溶剂丁酮50mL、粘结剂PVB14g、分散剂三乙醇胺3mL、塑形剂DEP12mL，搅拌均匀后得到不加造孔剂的基础浆料。将浆料球磨24h后，真空除泡1h。

取厚度为0.2mm的1cm*1cm的YSZ基板，沿基板边界以蓝膜固定一个0.9cm*0.9cm的窗口，窗口内为要刮图浆料的区域。蓝膜层数为固定值(3～5层)。将上述基础浆料逐滴滴加在窗口位置。用刮刀快速贴紧蓝膜刮过窗口，刮走多余浆料，晾干。重复多次，一般为3～4次。将刮好的带有胶皮状素坯的YSZ基板先以1℃/min的速率升温至400℃，并保持1h，后以相同的速率升温至600℃并保持2h，再以同样速率升温至1500℃，保持3h后；最后以2℃/min的降温速率降至室温，然后取出，从而得到双层结构的带有未造孔表面的YSZ基板，将其切割成2*2mm大小，并在超声机里用超声清洗0.5～1h，待用。

2、制备Pt参考电极：取市购的铂浆，在超声清洗过的YSZ基板的多孔表面上，任取一边，在靠近边缘的基板表面上涂覆一层0.5*2mm大小、20μm厚的Pt参考电极，在对应的另一侧用毛笔沾取铂浆涂在多孔表面上形成一个0.5*0.5mm大小的铂浆圆点；取两段细铂丝，分别粘在铂浆条带和铂浆圆点上，然后将YSZ基板放置在红外灯下烘烤2～3小时；再将YSZ基板在马弗炉中以1℃/min的升温速率升温至1100℃烧结3h，然后以1℃/min的速率降至室温。

3.制备NiO敏感电极材料：

(1)配制0.2mol/L的NiCl溶液100ml。

(2)配制氨水：水的比例为1：10的氨水溶液220ml。

(3)将NiCl溶液置于水浴温度60℃的水浴锅内，以5～7滴/min的速度用氨水溶液滴定氯化镍溶液直至溶液PH＝8，得到絮状沉淀。

(4)用离心机将此沉淀离心清洗数次，至向离心后的上清液中滴加AgNO₃再无沉淀产生时为止。

(5)取出沉淀在80℃烘箱中烘干2小时，得到绿色NiO粉末。

(6)将得到的绿色粉末放入马弗炉中烧结3小时，温度为1000～1200℃。

(7)取粉末使用研钵进行研磨，最后得到NiO电极材料的粉末。

取10g NiO粉末用去离子水200mg调成浆料。取毛笔蘸取NiO浆料在铂浆圆点上涂覆一层0.5mm*2mm大小、20μm厚的NiO敏感电极。将制作好敏感电极的YSZ基板在马弗炉中以1℃/min的升温速率升温至1200℃烧结3h，然后以1℃/min的速率降至室温。

4.粘结具有加热电极的陶瓷板。使用无机粘合剂(Al₂O₃和水玻璃Na₂SiO₃·9H₂O，质量比4:1配制)将YSZ基板未涂覆电极的一侧与带有Pt蛇形加热电极的Al₂O₃陶瓷板(长、宽、厚分别为2mm、2mm、0.2mm)进行粘结；粘结完成后，以1℃/min的升温速率升温至300℃并保持30min，然后以1℃/min的速率降至室温。

5.器件焊接、封装。将器件焊接在六角管座对应电极上，将防护罩放在在六脚管座的上方，从而得到本发明所述的混成电位型传感器。

6.传感器气敏性能测试。将封装好的传感器连接在Rigol信号测试仪上，分别将传感器置于空气、10ppm NO₂、20ppm NO₂、50ppmNO₂、100ppm NO₂、200ppm NO₂、500ppm NO₂的气氛中进行电压信号测试。

实施例1：

在上述YSZ粉体中额外添加粉体质量百分数为5％的PMMA做为造孔剂，配置浆料A₁。利用刮涂造孔技术制得多孔YSZ基板，然后在YSZ的多孔表面上以NiO作为敏感电极，以Pt作为参考电极，制作混成电位型NO₂传感器，其操作步骤和条件与对比例1相同。

表1中列出了未造孔和用5％PMMA造孔剂经刮涂法得到的YSZ基片制作的器件的敏感电极与参考电极之间的电势差变化值(ΔEMF)随NO₂浓度的变化值，从表中可以看出通过刮涂法向浆料中加入5％PMMA造孔剂，可以对传感器的灵敏度有一些改善，但是改变的不是很多。

表1.未造孔和用5％PMMA造孔的YSZ基片制作的传感器的ΔEMF随NO₂浓度的变化

实施例2：

在上述YSZ粉体中额外添加质量百分数为10％的PMMA做为造孔剂，配置浆料A₂。其余操作步骤和条件与实施例1相同。

表2中列出了未造孔和用10％PMMA造孔YSZ基片制作的器件的敏感电极与参考电极之间的电势差变化值(ΔEMF)随NO₂浓度的变化值，从表中可以看出通过刮涂法向浆料中加入10％PMMA造孔剂，对传感器的灵敏有较好的改善，将其与实施例1中的表1进行比较可以发现，电动势之差(ΔEMF)明显高于PMMA含量为5％的传感器。

表2.未造孔和用10％PMMA造孔的YSZ基片制作的器的ΔEMF随NO₂浓度的变化

实施例3：

在上述YSZ粉体中额外添加质量百分数为15％的PMMA做为造孔剂，配置浆料A₃，其余操作步骤和条件与实施例1相同。

表3中列出了未造孔和用15％PMMA造孔YSZ基片制作的器件的敏感电极与参考电极之间的电势差变化值(ΔEMF)随NO₂浓度的变化值，从表中可以看出通过刮涂法向浆料中加入15％PMMA造孔剂，对传感器的灵敏也有很好的改善，但将其与实施例1中的表1和实施例2中的表2进行比较可以发现，电动势之差(ΔEMF)略高于PMMA含量为5％的传感器，且明显低于PMMA含量为10％的传感器。说明造孔剂掺杂过多造孔数目过多反而减小了有效接触面积，故对PMMA而言10％为最优掺杂比。

表3.未造孔和用15％PMMA造孔的YSZ基片制作的传感器的ΔEMF随NO₂浓度的变化

实施例4：

在上述YSZ粉体中额外添加质量百分数为5％的石墨做为造孔剂，配置浆料B₁，其余操作步骤和条件与实施例1相同。

表4中列出了未造孔和用质量百分数为5％石墨造孔剂经刮涂法得到的YSZ基片制作的敏感电极与参考电极之间的电势差变化值(ΔEMF)随NO₂浓度的变化值，从表中可以看出通过刮涂法向浆料中加入5％石墨造孔剂，可以大幅度改善传感器的灵敏度。

表4.未造孔和用5％石墨造孔的YSZ基片制作的传感器的ΔEMF随NO₂浓度的变化

实施例5：

在上述YSZ粉体中额外添加质量百分数为10％的石墨做为造孔剂，配置浆料B₂，其余操作步骤和条件与实施例1相同。

表5中列出了未造孔和用质量百分数为10％石墨造孔YSZ基片制作的器件的敏感电极与参考电极之间的电势差变化值(ΔEMF)随NO₂浓度的变化值，从表中可以看出通过刮涂法向浆料中加入10％石墨造孔剂，也对传感器的灵敏有改善，但将其与实施例4中的表4进行比较可以发现，电动势之差(ΔEMF)明显低于石墨含量为5％的传感器。

表5.未造孔和用10％石墨造孔的YSZ基片制作的器的ΔEMF随NO₂浓度的变化

实施例6：

在上述YSZ粉体中额外添加质量百分数为15％的石墨做为造孔剂，配置浆料B₃，其余操作步骤和条件与实施例1相同。

表6中列出了未造孔和用质量百分数为15％石墨造孔YSZ基片制作的器件的敏感电极与参考电极之间的电势差变化值(ΔEMF)随NO₂浓度的变化值，从表中可以看出通过刮涂法向浆料中加入15％石墨造孔剂，对传感器的灵敏也有很好的改善，但将其与实施例4中的表4和实施例5中的表5进行比较可以发现，电动势之差(ΔEMF)虽然高于未掺杂造孔剂的传感器，但也明显低于石墨含量为5％，10％的传感器。说明造孔剂掺杂过多造孔数目过多反而减小了有效接触面积，故对石墨而言5％为最优掺杂比。

表6.未造孔和用15％石墨造孔的YSZ基片制作的传感器的ΔEMF随NO₂浓度的变化

实施例7：

在上述YSZ粉体中额外添加质量百分数为5％的淀粉做为造孔剂，配置浆料C₁，其余操作步骤和条件与实施例1相同。

表7中列出了未造孔和用质量百分数为5％淀粉造孔剂经刮涂法得到的YSZ基片制作的器件的敏感电极与参考电极之间的电势差变化值(ΔEMF)随NO₂浓度的变化值，从表中可以看出通过刮涂法向浆料中加入5％淀粉造孔剂，可以对传感器的灵敏度有一些改善，但是改变的不是很多。

表7.未造孔和用5％淀粉造孔的YSZ基片制作的传感器的ΔEMF随NO₂浓度的变化

实施例8：

在上述YSZ粉体中额外添加质量百分数为10％的淀粉做为造孔剂，配置浆料C₂，其余操作步骤和条件与实施例1相同。

表8中列出了未造孔和用质量百分数为10％淀粉造孔YSZ基片制作的器件的敏感电极与参考电极之间的电势差变化值(ΔEMF)随NO₂浓度的变化值，从表中可以看出通过刮涂法向浆料中加入10％淀粉造孔剂，对传感器的灵敏有较好的改善，将其与实施例7中的表7进行比较可以发现，电动势之差(ΔEMF)明显高于淀粉含量为5％的传感器。

表8.未造孔和用10％淀粉造孔的YSZ基片制作的器的ΔEMF随NO₂浓度的变化

实施例9：

在上述YSZ粉体中额外添加质量百分数为15％的淀粉做为造孔剂，配置浆料C₃，其余操作步骤和条件与实施例1相同。

表9中列出了未造孔和用质量百分数为15％淀粉造孔YSZ基片制作的器件的敏感电极与参考电极之间的电势差变化值(ΔEMF)随NO₂浓度的变化值，从表中可以看出通过刮涂法向浆料中加入15％淀粉造孔剂，对传感器的灵敏也有很好的改善，但将其与实施例7中的表7和实施例8中的表8进行比较可以发现，电动势之差(ΔEMF)略高于淀粉含量为5％的传感器，且明显低于淀粉含量为10％的传感器。说明造孔剂掺杂过多造孔数目过多反而减小了有效接触面积，故对淀粉而言10％为最优掺杂比。

表9.未造孔和用15％淀粉造孔的YSZ基片制作的传感器的ΔEMF随NO₂浓度的变化

Claims (5)

1.一种基于多孔YSZ基板的混成电位型NO₂传感器，其特征在于：顺次由带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板、一侧具有造孔表面的多孔YSZ基板、Pt参考电极和NiO敏感电极组成；参考电极和敏感电极均为条状结构，对称的设置在多孔YSZ基板造孔表面上靠近边缘处；多孔YSZ基板是在YSZ基板上再刮涂一层添加了造孔剂的YSZ浆料，经低温脱脂和高温烧结后制备得到，其为双层结构且表面粗糙多孔。

2.如权利要求1所述的一种基于多孔YSZ基板的混成电位型NO₂传感器，其特征在于：造孔剂为PMMA、石墨或淀粉，造孔剂所占比例为YSZ粉体质量的5～15％。

3.如权利要求1所述的一种基于多孔YSZ基板的混成电位型NO₂传感器，其特征在于：多孔YSZ基板的非造孔表面与带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板由无机粘合剂粘结在一起。

4.一种基于多孔YSZ基板的混成电位型NO₂传感器的制备方法，其步骤如下：

A、多孔YSZ基板的制作

(1)含有造孔剂的YSZ浆料的制备：

将YSZ粉体、YSZ粉体质量30～40％的乙醇、YSZ粉体质量75～85％的丁酮、YSZ粉体质量20～30％的聚乙烯醇烯丁醛、YSZ粉体质量5～15％的三乙醇胺和YSZ粉体质量25～30％的邻苯二甲酸二乙酯搅拌均匀后得到基础浆料；然后向其中加入YSZ粉体质量5～15％的造孔剂，球磨10～30h后于真空搅拌机内均匀除泡2～5h，得到含有造孔剂的YSZ浆料；

(2)刮涂：

a.取YSZ基板，沿基板边界以蓝膜固定一个窗口，窗口内为要刮图YSZ浆料的区域；

b.将含有造孔剂的YSZ浆料滴加到窗口中；

c.用刮刀快速贴紧蓝膜刮过窗口，刮走多余浆料，并将窗口内浆料晾干；

d.重复3～4次步骤c，从而在YSZ基板上得到胶皮状素坯；

e.将得到的YSZ基板以1～2℃/min的升温速率升温至400～450℃烧结1～2h，然后以1～2℃/min速率升温至600～650℃烧结2～3h，再以1～2℃/min速率升温至1450～1550℃烧结3～5h；最后降至室温，降温速率为2～3℃/min，从而得到具有多孔YSZ基板；

B、NO₂传感器的制作：

(1)取多孔YSZ基板，先后用水和无水乙醇多次超声清洗，烘干；

(2)取铂浆，在清洗过的YSZ基板的多孔表面上，靠近边缘的一侧涂覆一个细小的铂浆条带作为参考电极，在靠近边缘的另一侧用细铂丝沾取铂浆粘在多孔表面上形成铂浆圆点；

(3)取两段细铂丝，分别粘在铂浆条带和铂浆圆点上，然后将YSZ基板放置在红外灯下烘烤2～3小时；再将YSZ基板在1000～1200℃下烧结1～2h，从而排除铂浆中的松油醇，然后降至室温。

(4)取NiO敏感电极材料，在玛瑙研钵中充分研磨后加入少量去离子水，调配成黏稠状的浆料，将其涂覆在铂浆圆点上，形成条带状的敏感电极；

(5)将上步骤制备的器件在1100～1300℃下烧结1～3小时，从而排除NiO中的去离子水及其它添加物。

(6)取带有Pt蛇形电极的加热板，在其印有Pt电极的一面，均匀地涂上一层无机粘合剂，然后将上述步骤制备的器件与加热板粘在一起，在200～400℃下烧结20～40分钟；

(7)将得到的器件焊接封装，从而制备得到基于多孔YSZ基板的混成电位型NO₂传感器。

5.如权利要求4所述的基于多孔YSZ基板的混成电位型NO₂传感器的制备方法，其特征在于：造孔剂为PMMA、石墨或淀粉。