CN104569107A - 一种超细锰酸镧锶的no2传感器的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超细锰酸镧锶的NO2传感器的制备方法，首先通过自蔓延方法制得超细锰酸镧锶粉体，再以该粉体为敏感电极制备NO2传感器。本发明的NO2传感器具有结构简单，无需参比气体，成本低，通过丝网印刷易于大规模集成化，具有良好的灵敏度和选择性，快速的响应恢复速度以及良好的化学稳定性和热稳定性，在汽车尾气监控领域有着潜在的重要应用，具有很好的发展前景。

Description

一种超细锰酸镧锶的NO2传感器的制备方法
技术领域
本发明涉及NO2传感器技术领域，尤其是一种超细锰酸镧锶的NO2传感器的制备方法，它采用自蔓延方法制备超细锰酸镧锶粉体，再以该粉体为敏感电极制备NO2传感器。
背景技术
当今世界发展迅猛的信息产业的三大支柱包括传感器技术、通信技术及计算机技术，传感器技术在医学、气象、国防、汽车工业等领域具有广泛的应用并得到了迅速的发展。其中，以氧化钇稳定的氧化锆固体电解质为主要敏感基片的气体传感器（包括氮氧化物传感器和氧传感器）因其装置简易，价格低廉而成为了气体传感器发展的主流。传统的NO2检测方法包括Saltzman法、化学发光法、色谱法等，但其均不能实现NO2的现场连续监测，也不便于汽车上的安装。相对而言，化学类NO2传感器则能满足汽车尾气中NO2含量简便、快速、现场检测等要求，易于与发动机电子控制燃油喷射系统其他部件相配合，达到降低汽车尾气NO2排放含量的目的。同时此传感器也可以满足其他工业燃烧装置尾气中NO2气体的检测和环境保护的要求。但国内对于此类传感器的开发研究还处于初始阶段，技术还不完善，水平尚低，与世界先进水平有较大差距。
    目前，以氧化钇稳定的氧化锆固体电解质作敏感基片的平衡态气体传感器研究较多，但其也有一些缺点如结构较复杂、需要参比气体、对气体响应不快以及使用范围不大等等。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种超细锰酸镧锶的NO2传感器的制备方法，所制得的传感器无需参比气体，结构简单，成本低，且通过丝网印刷易于大规模集成化。
实现本发明目的的具体技术方案如下：
一种超细锰酸镧锶的NO2传感器的制备方法，该方法包括以下具体步骤：
a）超细锰酸镧锶粉体的制备
ⅰ）将氧化镧、硝酸锶及硝酸锰用硝酸溶解，分别配制成溶液浓度为1mol/L、0.1mol/L、1mol/L的硝酸盐溶液；
ⅱ）按摩尔比为La2O3︰Sr(NO3)2︰Mn(NO3)2=(1-X)︰X︰1,取上述配制好的硝酸盐溶液，搅拌得到均匀的混合溶液；其中X为0.05-0.35；
ⅲ）向步骤ⅱ）的混合溶液中加入柠檬酸作燃料，继续搅拌；其中，柠檬酸与混合溶液中金属的总物质的量比为3︰2；
ⅳ）向步骤ⅲ）所得的溶液逐滴加入氨水，控制溶液的pH值为6-7，同时进行高速搅拌；
ⅴ）对步骤ⅳ）得到的溶液进行干燥，干燥温度为70-100℃，然后在450℃发泡燃烧，得到超细锰酸镧锶粉体；
b）超细锰酸镧锶的NO2传感器制备
ⅰ）取尺寸1cm×1cm×0.03cm的氧化锆（8YSZ）流延片作基板，通过丝网印刷将铂浆印在裁好的流延片的正反两面，置于50℃-80℃烘箱中烘0.5-1h；将铂引线通过铂浆粘结在铂电极上，放入50℃-80℃的烘箱中烘0.5-1h；
ⅱ）将步骤ⅰ）的片子进行1400℃-1450℃烧结1-2h；
ⅲ）采用丝网印刷技术将步骤a）制得的超细锰酸镧锶粉体涂在步骤b）的ⅱ）所得的氧化锆（8YSZ）基片上，自然晾干后，将其置于马弗炉800℃煅烧2h，自然降温后取出，得到的即是所述NO2传感器。
c）所得 NO2传感器在工作温度为500℃时，对30-500ppmNO2的灵敏度达到33.55mV/decade；响应时间为60s。
本发明以8YSZ稳定氧化锆作基板，以自蔓延方法制备的超细锰酸镧锶为敏感电极材料，通过丝网印刷技术制备了片式NO2传感器。该传感器无需参比气体，结构简单，成本低，且通过丝网印刷易于大规模集成化。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的超细锰酸镧锶粉体的XRD谱图；
图2为本发明实施例1得到的超细锰酸镧锶粉体的SEM图；
图3为本发明实施例1得到的NO2传感器器件示意图；
图4为本发明实施例1得到的NO2传感器的电动势与NO2浓度的关系图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
a）超细锰酸镧锶粉体的制备
ⅰ）将氧化镧、硝酸锶及硝酸锰用硝酸溶解，分别配制成溶液浓度为1mol/L、0.1mol/L、1mol/L的硝酸盐溶液；
ⅱ）按摩尔比为La2O3︰Sr(NO3)2︰Mn(NO3)2=0.65︰0.35︰1,取上述配制好的硝酸盐溶液，搅拌得到均匀的混合溶液；
ⅲ）向步骤ⅱ）的混合溶液中加入柠檬酸作燃料，继续搅拌；其中，柠檬酸与混合溶液中金属的总物质的量比为3︰2；
ⅳ）向步骤ⅲ）所得的溶液逐滴加入氨水，控制溶液的pH值为7，同时进行高速搅拌；
ⅴ）对步骤ⅳ）得到的溶液进行干燥，干燥温度为80℃，然后在450℃发泡燃烧，得到超细锰酸镧锶粉体；图1为本实施例得到的超细锰酸镧锶粉体的XRD谱图；图2为本实施例得到的超细锰酸镧锶粉体的SEM图；
b）超细锰酸镧锶的NO2传感器制备
ⅰ）取尺寸1cm×1cm×0.03cm的氧化锆（8YSZ）流延片作基板，通过丝网印刷将铂浆印在裁好的流延片的正反两面，置于70℃烘箱中烘1h；将铂引线通过铂浆粘结在铂电极上，放入70℃的烘箱中烘1h；
ⅱ）将步骤ⅰ）的片子进行1400℃烧结2h；
ⅲ）采用丝网印刷技术将步骤a）制得的超细锰酸镧锶粉体涂在步骤b）的ⅱ）所得的氧化锆（8YSZ）基片上，自然晾干后，将其置于马弗炉800℃煅烧2h，自然降温后取出，得到的即是所述NO2传感器；图3为本实施例得到的NO2传感器器件示意图。
c）所得 NO2传感器在工作温度为500℃时，对30-500ppmNO2的灵敏度达到33.55mV/decade；响应时间为60s。
实施例2
a）超细锰酸镧锶粉体的制备
ⅰ）将氧化镧、硝酸锶及硝酸锰用硝酸溶解，分别配制成溶液浓度为1mol/L、0.1mol/L、1mol/L的硝酸盐溶液；
ⅱ）按摩尔比为La2O3︰Sr(NO3)2︰Mn(NO3)2=0.85︰0.15︰1,取上述配制好的硝酸盐溶液，搅拌得到均匀的混合溶液；
ⅲ）向步骤ⅱ）的混合溶液中加入柠檬酸作燃料，继续搅拌；其中，柠檬酸与混合溶液中金属的总物质的量比为3︰2；
ⅳ）向步骤ⅲ）所得的溶液逐滴加入氨水，控制溶液的pH值为7，同时进行高速搅拌；
ⅴ）对步骤ⅳ）得到的溶液进行干燥，干燥温度为80℃，然后在450℃发泡燃烧，得到超细锰酸镧锶粉体；
b）超细锰酸镧锶的NO2传感器制备
ⅰ）取尺寸1cm×1cm×0.03cm的氧化锆（8YSZ）流延片作基板，通过丝网印刷将铂浆印在裁好的流延片的正反两面，置于70℃烘箱中烘1h；将铂引线通过铂浆粘结在铂电极上，放入70℃的烘箱中烘1h；
ⅱ）将步骤ⅰ）的片子进行1400℃烧结2h；
ⅲ）采用丝网印刷技术将步骤a）制得的超细锰酸镧锶粉体涂在步骤b）的ⅱ）所得的氧化锆（8YSZ）基片上，自然晾干后，将其置于马弗炉800℃煅烧2h，自然降温后取出，得到的即是所述NO2传感器。
c） NO2传感器在工作温度为500℃时，对30-500ppmNO2的灵敏度达到31.25mV/decade；响应时间为65s。
实施例3
a）超细锰酸镧锶粉体的制备
ⅰ）将氧化镧、硝酸锶及硝酸锰用硝酸溶解，分别配制成溶液浓度为1mol/L、0.1mol/L、1mol/L的硝酸盐溶液；
ⅱ）按摩尔比为La2O3︰Sr(NO3)2︰Mn(NO3)2=0.95︰0.05︰1,取上述配制好的硝酸盐溶液，搅拌得到均匀的混合溶液；
ⅲ）向步骤ⅱ）的混合溶液中加入柠檬酸作燃料，继续搅拌；其中，柠檬酸与混合溶液中金属的总物质的量比为3︰2；
ⅳ）向步骤ⅲ）所得的溶液逐滴加入氨水，控制溶液的pH值为7，同时进行高速搅拌；
ⅴ）对步骤ⅳ）得到的溶液进行干燥，干燥温度为80℃，然后在450℃发泡燃烧，得到超细锰酸镧锶粉体；
b）超细锰酸镧锶的NO2传感器制备
ⅰ）取尺寸1cm×1cm×0.03cm的氧化锆（8YSZ）流延片作基板，通过丝网印刷将铂浆印在裁好的流延片的正反两面，置于70℃烘箱中烘1h；将铂引线通过铂浆粘结在铂电极上，放入70℃的烘箱中烘1h；
ⅱ）将步骤ⅰ）的片子进行1400℃烧结2h；
ⅲ）采用丝网印刷技术将步骤a）制得的超细锰酸镧锶粉体涂在步骤b）的ⅱ）所得的氧化锆（8YSZ）基片上，自然晾干后，将其置于马弗炉800℃煅烧2h，自然降温后取出，得到的即是所述NO2传感器。
c）  NO2传感器在工作温度为500℃时，对30-500ppmNO2的灵敏度达到31.73mV/decade；响应时间为63s。

Claims (1)

1. 一种超细锰酸镧锶的NO2传感器的制备方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤：
a）超细锰酸镧锶粉体的制备
ⅰ）将氧化镧、硝酸锶及硝酸锰用硝酸溶解，分别配制成溶液浓度为1mol/L、0.1mol/L、1mol/L的硝酸盐溶液；
ⅱ）按摩尔比为La2O3︰Sr(NO3)2︰Mn(NO3)2=(1-X)︰X︰1,取上述配制好的硝酸盐溶液，搅拌得到均匀的混合溶液；其中X为0.05-0.35；
ⅲ）向步骤ⅱ）的混合溶液中加入柠檬酸作燃料，继续搅拌；其中，柠檬酸与混合溶液中金属的总物质的量比为3︰2；
ⅳ）向步骤ⅲ）所得的溶液逐滴加入氨水，控制溶液的pH值为6-7，同时进行高速搅拌；
ⅴ）对步骤ⅳ）得到的溶液进行干燥，干燥温度为70-100℃，然后在450℃发泡燃烧，得到超细锰酸镧锶粉体；
b）超细锰酸镧锶的NO2传感器的制备
ⅰ）取尺寸1cm×1cm×0.03cm的氧化锆流延片作基板，通过丝网印刷将铂浆印在裁好的流延片的正反两面，置于50-80℃烘箱中烘0.5-1h；将铂引线通过铂浆粘结在铂电极上，放入50-80℃的烘箱中烘0.5-1h；
ⅱ）将步骤ⅰ）的片子在1400-1450℃烧结1-2h；
ⅲ）采用丝网印刷技术将步骤a）制得的超细锰酸镧锶粉体涂在步骤b）的ⅱ）所得的氧化锆基片上，自然晾干后，将其置于马弗炉800℃煅烧2h，自然降温后取出，得到的即是所述NO2传感器。
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