PL209504B1

PL209504B1 - Sposób wytwarzania kompozycji ceramicznej do czujników elektrochemicznych (54) o zróżnicowanym potencjale i kompozycja ceramiczna do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale

Info

Publication number: PL209504B1
Application number: PL382355A
Authority: PL
Inventors: Helena Teterycz
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2007-05-02
Publication date: 2011-09-30
Also published as: PL382355A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozycji ceramicznej do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale i kompozycja ceramiczna do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale.

Elektrolity stałe do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale, znane z artykułu Xiaogan Li, Girish M. Kale: „Influence of sensing electrode and electrolyte on performance of Potentiometrie mixed-potential gas sensors”, opublikowanego w Sensors and Actuators B, vol. 123, (2007), s. 254-261, artykułu: Norio Miura, Takahisa Raisen, Geyu Lu, Noboru Yamazoe “Highly selective CO sensor using stabilized zirconia and a couple of oxide electrodes” opublikowanego w Sensors and Actuators B, vol. 47, (1998), s. 84-91 oraz artykułu Norio Miura, Geyu Lu, Noboru Yamazoe „Progress in mixed-potential type devices based on solid electrolyte for sensing redox Gases”, opublikowanego w Solid State Ionics, 136-137, (2000) s. 533-542, skł adają się z dwutlenku cyrkonu domieszkowanego itrem lub skandem.

Proszki metali, z których wykonuje się elektrolit stały, miele się, sprasowuje, a następnie poddaje procesowi spiekania w temperaturach wyższych niż 1400°C. Otrzymany spiek rozdrabnia się i miele, a następnie ponownie spieka w temperaturach powyżej 1400°C. Otrzymany spiek ponownie rozdrabnia się i miele. Z otrzymanego proszku wykonuje się techniką warstw grubych lub techniką ceramiczną warstwę elektrolitu stałego (kompozycji ceramicznej) do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale. Stosowane kompozycje na bazie dwutlenku cyrkonu stabilizowanego itrem lub skandem są uciążliwe w produkcji szczególnie ze względu na zbyt wysokie temperatury wypalania, powyżej 1400°C, a czujniki wykonane na bazie tych kompozycji pracują poprawnie w temperaturze powyżej 600°C, przez co czujniki te charakteryzują się dużym zapotrzebowaniem energii elektrycznej.

Istota sposobu według wynalazku, polega na tym, że w pierwszym etapie syntezy wkrapla się szczawian amonu do wodnego roztworu chlorku cynku, intensywnie miesza i otrzymuje się osad uwodnionego szczawianu cynku, który przemywa się wodą przez dekantację do ujemnej próby na jony chlorkowe, po czym osad szczawianu cynku dodaje się do wodnego roztworu azotanu ceru, następnie do tak przygotowanego roztworu wkrapla się powoli 3M wodny roztwór amoniaku, aż do uzyskania pH = 8,5-8,8, w wyniku czego otrzymuje się osad zawierający mieszaninę dwuwodnego szczawianu cynku i dwutlenku ceru, a otrzymany osad w procesie dekantacji przemywa się wodą destylowaną, suszy w temperaturze do 50°C oraz poddaje się procesowi wieloetapowej obróbki termicznej, w wyniku której otrzymuje się jednofazowy proszek zawierający dwutlenek ceru oraz tlenek cynku.

Korzystnie, wieloetapową obróbkę termiczną prowadzi się w czasie do sześciu godzin i przy wzroście od temperatury wynoszącej od 40°C do 60°C do temperatury od 230°C do 250°C, w której wygrzewa się osad przez co najmniej dwanaście godzin, po czym osad podgrzewa się w czasie do dwóch godzin i przy wzroście od temperatury wynoszącej od 230°C do 250°C do temperatury od 350°C do 400°C, w której wygrzewa się osad przez co najmniej cztery godziny, a następnie osad podgrzewa się w czasie do pół godziny przy wzroście od temperatury wynoszącej od 350°C do 450°C do temperatury 450°C do 700°C, w której wygrzewa się osad przez co najmniej pół godziny.

Istota kompozycji ceramicznej, według wynalazku, polega na tym, że jest jednofazowym proszkiem, który zawiera dwutlenek ceru w ilości 99% do 80% molowych oraz tlenek cynku w ilości 1% do 20% molowych.

Główną zaletą kompozycji ceramicznej jest niska temperatura - mniejsza lub równa 600°C, w jakiej jest ona otrzymywana. Kompozycja ta umożliwia otrzymanie ceramicznego grubowarstwowego czujnika elektrochemicznego o zróżnicowanym potencjale, charakteryzującego się dobrą czułością i stabilnością .

P r z y k ł a d 1

Sposób wytwarzania kompozycji ceramicznej do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale, polega na tym, że w pierwszym etapie syntezy wkrapla się szczawian amonu do wodnego roztworu chlorku cynku, intensywnie miesza i otrzymuje się osad uwodnionego szczawianu cynku, który przemywa się wodą przez dekantację do ujemnej próby na jony chlorkowe. Otrzymany osad szczawianu cynku dodaje się do wodnego roztworu azotanu ceru, następnie do tak przygotowanego roztworu wkrapla się powoli 3M wodny roztwór amoniaku, aż do uzyskania pH = 8,5, w wyniku czego otrzymuje się osad zawierający mieszaninę dwuwodnego szczawianu cynku i dwutlenku ceru, a otrzymany osad w procesie dekantacji przemywa się wodą destylowaną suszy w temperaturze 50°C oraz poddaje się procesowi wieloetapowej obróbki termicznej, w wyniku której otrzymuje się jednofaPL 209 504 B1 zowy proszek zawierający dwutlenek ceru oraz tlenek cynku. Wieloetapową obróbkę termiczną prowadzi się w czasie sześciu godzin i przy wzroście od temperatury wynoszącej 40°C do temperatury 230°C, w której wygrzewa się osad przez dwanaście godzin, po czym osad podgrzewa się w czasie dwóch godzin i przy wzroście od temperatury wynoszącej 230°C do temperatury 350°C, w której wygrzewa się osad przez cztery godziny, a następnie osad podgrzewa się w czasie pół godziny przy wzroście od temperatury wynoszącej 350°C do temperatury 450°C, w której wygrzewa się osad przez pół godziny.

P r z y k ł a d 2

Sposób wytwarzania kompozycji ceramicznej do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale, przebiega jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą że otrzymany osad szczawianu cynku dodaje się do wodnego roztworu azotanu ceru, następnie do tak przygotowanego roztworu wkrapla się powoli 3M wodny roztwór amoniaku aż do uzyskania pH = 8,8, a wieloetapową obróbkę termiczną prowadzi się w czasie pięciu godzin i przy wzroście od temperatury wynoszącej od 60°C do temperatury 250°C, w której wygrzewa się osad przez dwanaście godzin, po czym osad podgrzewa się w czasie dwóch godzin i przy wzroście od temperatury wynoszącej 250°C do temperatury 400°C, w której wygrzewa się osad przez trzy godziny, a następnie osad podgrzewa się w czasie pół godziny przy wzroście od temperatury wynoszącej 450°C do temperatury 700°C, w której wygrzewa się osad przez pół godziny.

P r z y k ł a d 3

Kompozycja ceramiczna do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale jest jednofazowym proszkiem, który zawiera dwutlenek ceru w ilości 99% molowych oraz tlenek cynku w iloś ci 1% molowych.

P r z y k ł a d 4

Kompozycja ceramiczna do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale jest jednofazowym proszkiem, który zawiera dwutlenek ceru w ilości 80% molowych oraz tlenek cynku w iloś ci 20% molowych.

P r z y k ł a d 5

Kompozycja ceramiczna do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale zawiera tlenek ceru (IV) w ilości 95% molowych i tlenek cynku w ilości 5% molowych. Po wieloetapowej obróbce termicznej z proszku wykonywano pastę, którą metodą sitodruku wykonywano na podłożu alundowym elektrochemiczny czujnik o zróżnicowanym potencjale. Temperatura wypału czujnika wynosi 950°C. Potencjał elektrochemiczny tego czujnika zmienia się o 0,185 V przy 10-krotnym wzroście koncentracji 2-propanolu.

P r z e k ł a d 6

Kompozycja ceramiczna do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale zawiera tlenek ceru (IV) w ilości 85% molowych i tlenek cynku w ilości 15% molowych. Po wieloetapowej obróbce termicznej z proszku wykonywano pastę, którą metodą sitodruku wykonywano na podłożu alundowym elektrochemiczny czujnik o zróżnicowanym potencjale. Temperatura wypału czujnika wynosi 950°C. Potencjał elektrochemiczny tego czujnika zmieniał się o 0,198 V przy 10-krotnym wzroście koncentracji 2-propanolu.

Claims

1. Sposób wytwarzania kompozycji ceramicznej do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale, znamienny tym, że w pierwszym etapie syntezy wkrapla się szczawian amonu do wodnego roztworu chlorku cynku, intensywnie miesza i otrzymuje się osad uwodnionego szczawianu cynku, który przemywa się wodą przez dekantację do ujemnej próby na jony chlorkowe, po czym osad szczawianu cynku dodaje się do wodnego roztworu azotanu ceru, następnie do tak przygotowanego roztworu wkrapla się powoli 3M wodny roztwór amoniaku, aż do uzyskania pH = 8,5-8,8, w wyniku czego otrzymuje się osad zawierający mieszaninę dwuwodnego szczawianu cynku i dwutlenku ceru, a otrzymany osad w procesie dekantacji przemywa się wodą destylowaną suszy w temperaturze do 50°C oraz poddaje się procesowi wieloetapowej obróbki termicznej, w wyniku której otrzymuje się jednofazowy proszek zawierający dwutlenek ceru oraz tlenek cynku.

2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że wieloetapową obróbkę termiczną prowadzi się w czasie do sześ ciu godzin i przy wzro ś cie od temperatury wynoszą cej od 40°C do 60°C do tempera4

PL 209 504 B1 tury od 230°C do 250°C, w której wygrzewa się osad przez co najmniej dwanaście godzin, po czym osad podgrzewa się w czasie do dwóch godzin i przy wzroście od temperatury wynoszącej od 230°C do 250°C do temperatury od 350°C do 400°C, w której wygrzewa się osad przez co najmniej cztery godziny, a następnie osad podgrzewa się w czasie do pół godziny przy wzroście od temperatury wynoszącej od 350°C do 450°C do temperatury 450°C do 700°C, w której wygrzewa się osad przez co najmniej pół godziny.

3. Kompozycja ceramiczna do czujników elektrochemicznych o zróżnicowanym potencjale, znamienna tym, że jest jednofazowym proszkiem, który zawiera dwutlenek ceru w ilości 99% do 80% molowych oraz tlenek cynku w ilości 1% do 20% molowych.