CN104931557A - 一种电化学甲醛传感器及其电极的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电化学甲醛传感器及其电极的制作方法，该传感器包括底盖、上盖、支撑片、传感器电极、密封盖、防尘透气膜、信号引出PCB板和金属引线；所述底盖开有使被测气体进入传感器内部的进气孔，所述防尘透气膜设置在所述进气孔上，所述底盖内设置有条辐射状支撑架，所述传感器电极和所述支撑片依次通过所述密封盖密封装配在所述底盖内，所述上盖设置在所述密封盖上；所述传感器电极为固体电解质电极；传感器电极通过金属引线引出电流信号，所述金属引线连接所述信号引出PCB板。该电极的制作方法包括制备电极浆料和将制得的电极浆料担载在固体电解质材料上。
Description
技术领域
本发明属于甲醛传感器领域，具体的说，涉及了一种电化学甲醛传感器及其电极的制作方法。
背景技术
随着社会经济的发展以及人们生活水平的提高，甲醛已成为当今污染监测的一项重要指标。快速准确地检测甲醛对于人类健康和环境保护具有重要意义。目前常用的甲醛检测方法有分光光度法、电化学法、荧光法、色谱法、极普法和传感器法。前五种方法的缺陷主要在于需要现场采集样品，不能满足在线、实时连续检测的目的，并且成本较高。传感器用于空气中甲醛气体的检测已有出现，但以液态电解质或半固态电解质为主，该种传感器易漏液，寿命短。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种结构简单，使用方便，并且在使用过程中不漏液的电化学甲醛传感器；本发明还提供了该电化学甲醛传感器的电极的制作方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电化学甲醛传感器，它包括上盖、支撑片、传感器电极、密封盖、底盖、防尘透气膜、信号引出PCB板和金属引线；所述底盖开有使被测气体进入传感器内部的进气孔，所述防尘透气膜设置在所述进气孔上，所述底盖内设置有若干条辐射状支撑架，所述传感器电极和所述支撑片依次通过所述密封盖密封装配在所述底盖内，所述上盖密封固定在所述密封盖上；所述传感器电极包括工作电极和对电极，所述传感器电极为固体电解质电极；所述工作电极和所述对电极通过金属引线引出电流信号，所述金属引线连接所述信号引出PCB板，所述信号引出PCB板装配在所述底盖前侧。
基于上述，所述密封盖和所述底盖的四个对角对应设置有四个贯通的定位孔，所述底盖的左右两侧设有滑槽。
基于上述，所述辐射状支撑架的数量为3-6条，所述条辐射状支撑架的厚度为1-3mm。
基于上述，所述底盖上设置有信号引出PCB板卡槽和定位块。
一种电化学甲醛传感器的电极的制作方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、在分散剂中加入粘结剂，搅拌均匀后加入催化剂，混合均匀制得电极浆料，其中，所述催化剂为复合贵金属纳米粉体；
步骤2、将制得的电极浆料，采用印刷或喷涂方式担载在固体电解质材料上，烘干后制得所述传感器电极。
基于上述，调制所述电极浆料时，催化剂的含量为20%-50%，粘结剂的含量为1%-5%，分散剂的含量为45%-75%。
基于上述，所述复合贵金属纳米粉体是Pt/C纳米粉体、Pt/Ru纳米粉体或Pt/Ru/C纳米粉体，其中，Pt含量在20%-80%。
基于上述，所述固体电解质材料为聚偏氟烯复合质子膜或聚全氟化磺酸酯，所述电解质材料的厚度为0.5mm-2mm。
基于上述，所述浆料分散剂采用松油醇、异丙醇、聚丙烯酸钠水溶液或聚丙烯酸溶液，所述粘结剂采用聚乙二醇、聚四氟乙烯乳液或nafion乳液。
本发明中的电化学甲醛传感器采用固体电解质材料制作电极，并在固体电解质材料上担载复合贵金属纳米粉体制备电极，具有不漏液、寿命长、响应快、检测精度高等特点。
附图说明
图1是本发明电化学甲醛传感器的结构示意图。
图2是本发明电化学甲醛传感器的组成结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如图1和图2所示，一种电化学甲醛传感器，它包括上盖1、支撑片2、传感器电极3、密封盖4、底盖5、防尘透气膜6、信号引出PCB板7和金属引线8。
所述底盖5开有使被测气体进入传感器内部的进气孔51，所述防尘透气膜6设置在所述进气孔51上，所述底盖5内设置有条辐射状支撑架52，所述传感器电极3和所述支撑片4依次通过所述密封盖4密封装配在所述底盖5内，所述上盖1设置在所述密封盖4上；所述底盖5和所述密封盖4之间形成密封气室，通过调节所述辐射状支撑架52的密度和高度，进行优化密封气室的调节，从而增强传感器性能的稳定性，所述辐射状支撑架31的数量优选为3-6条，所述辐射状支撑架31的厚度优选为1-3mm。
所述传感器电极3包括工作电极和对电极，所述传感器电极3为固体电解质电极；所述工作电极和所述对电极通过所述金属引线8引出电流信号，所述金属引线8连接所述信号引出PCB板7，所述信号引出PCB板7装配在所述底盖5前侧。被测甲醛气体通过所述进气孔51进入该传感器的内部，在所述工作电极和所述对电极上发生电化学氧化反应后释放电荷，通过所述金属引线即可将电流信号取出，再通过所述信号引出PCB板7接出外部。
进一步地，所述密封盖4和所述底盖5的四个对角对应设置有四个贯通的定位孔，所述底盖5两侧设有滑槽53，所述定位孔和所述滑槽53作为双重定位设计，使该电化学甲醛传感器能够满足不同使用环境的固定和定位需求。
进一步地，所述底盖5上设计有PCB板卡槽9和定位块10，所述信号引出PCB板7通过所述PCB板卡槽9和所述定位块10固定在所述底盖5的前侧，具有双重定位功能。
该电化学甲醛传感器的电极按如下步骤制作：
步骤1、在分散剂中加入粘结剂，搅拌均匀后加入催化剂，混合均匀制得电极浆料；
其中，所述催化剂为复合贵金属纳米粉体，所述复合贵金属纳米粉体优选Pt含量在20%-80%的Pt/C纳米粉体、Pt/Ru纳米粉体或Pt/Ru/C纳米粉体；所述固体电解质材料采用厚度为0.5mm-2mm聚偏氟烯复合质子膜或聚全氟化磺酸酯；所述浆料分散剂采用松油醇、异丙醇、聚丙烯酸钠水溶液或聚丙烯酸溶液，所述粘结剂采用聚乙二醇、聚四氟乙烯乳液或nafion乳液；在调制所述电极浆料时，催化剂的含量为20%-50%，粘结剂的含量为1%-5%，分散剂的含量为45%-75%；
步骤2、将制得的电极浆料，采用印刷或喷涂方式担载在固体电解质材料上，烘干后即制得所述传感器电极。
与其它电化学甲醛传感器相比，本传感器具有以下优点：
①采用固体电解质材料，提高了反应速度，避免了传感器漏液的风险。
②采用复合贵金属纳米粉体作为催化剂，增强了传感器电极的稳定性和测试分辨率。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：采用Pt含量为40%的Pt/C作为催化剂，松油醇作为分散剂，聚四氟乙烯乳液作为粘结剂，制备电极浆料；其中，催化剂：分散剂：粘结剂=1:2:0.15，采用聚偏氟烯复合质子膜作为固体电解质材料，将电极浆料喷涂在固体电解质上，经过烘干处理，得到所需电极。按照图1所示的装配结构制作电化学甲醛传感器。经测试，5ppm甲醛蒸汽中传感器输出电流为2.5微安，响应时间为12秒。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (9)
1.一种电化学甲醛传感器，其特征在于：它包括上盖、支撑片、传感器电极、密封盖、底盖、防尘透气膜、信号引出PCB板和金属引线；所述底盖开有使被测气体进入传感器内部的进气孔，所述防尘透气膜设置在所述进气孔上，所述底盖内设置有若干条辐射状支撑架，所述传感器电极和所述支撑片依次通过所述密封盖密封装配在所述底盖内，所述上盖密封固定在所述密封盖上；所述传感器电极包括工作电极和对电极，所述传感器电极为固体电解质电极；所述工作电极和所述对电极通过金属引线引出电流信号，所述金属引线连接所述信号引出PCB板，所述信号引出PCB板装配在所述底盖前侧。
2.根据权利要求1所述的电化学甲醛传感器，其特征在于：所述密封盖和所述底盖的四个对角对应设置有四个贯通的定位孔，所述底盖的左右两侧设有滑槽。
3.根据权利要求1所述的电化学甲醛传感器，其特征在于：所述辐射状支撑架的数量为3-6条，所述条辐射状支撑架的厚度为1-3mm。
4.根据权利要求1所述的电化学甲醛传感器，其特征在于：所述底盖上设置有信号引出PCB板卡槽和定位块。
5.一种权利要求1所述电化学甲醛传感器的电极的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、在分散剂中加入粘结剂，搅拌均匀后加入催化剂，混合均匀制得电极浆料，其中，所述催化剂为复合贵金属纳米粉体；
步骤2、将制得的电极浆料，采用印刷或喷涂方式担载在固体电解质材料上，烘干后制得所述传感器电极。
6.根据权利要求5所述的电化学甲醛传感器的电极的制作方法，其特征在于：调制所述电极浆料时，催化剂的含量为20%-50%，粘结剂的含量为1%-5%，分散剂的含量为45%-75%。
7.根据权利要求5所述的电化学甲醛传感器的电极的制作方法，其特征在于：所述复合贵金属纳米粉体是Pt/C纳米粉体、Pt/Ru纳米粉体或Pt/Ru/C纳米粉体，其中，Pt含量在20%-80%。
8.根据权利要求5或6所述的电化学甲醛传感器的电极的制作方法，其特征在于：所述固体电解质材料为聚偏氟烯复合质子膜或聚全氟化磺酸酯，所述电解质材料的厚度为0.5mm-2mm。
9.根据权利要求5或6所述的电化学甲醛传感器的电极的制作方法，其特征在于：所述浆料分散剂采用松油醇、异丙醇、聚丙烯酸钠水溶液或聚丙烯酸溶液，所述粘结剂采用聚乙二醇、聚四氟乙烯乳液或nafion乳液。
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