基于YSZ混合電位高溫H2傳感器敏性能研究.pdf

1、氫氣由于其燃燒效率高、產(chǎn)物無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，與太陽(yáng)能、核能一起被稱為三大新能源，在燃料電池汽車、半導(dǎo)體制造、化工生產(chǎn)企業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。氫氣是一種無(wú)色，無(wú)味的氣體，當(dāng)與空氣混合，在4-75％（體積）的濃度范圍內(nèi)，是易燃的。因此，在氫氣的生產(chǎn)與使用時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)?；谘趸悡诫s穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)的混合電位型氫氣傳感器由于其靈敏度高、成本低、能在高溫下長(zhǎng)時(shí)間工作等優(yōu)點(diǎn)得到廣大研究人員的關(guān)注。目前，研發(fā)高性能混合電位型氫氣傳感器的

2、熱點(diǎn)之一在于找到合適的敏感電極材料。
　　本文通過(guò)沉淀法和水熱合成法制備了單斜晶相ZnWO4、 CdWO4和MnWO4，應(yīng)用XRD和SEM兩個(gè)表征手段對(duì)制備的鎢酸鹽進(jìn)行物相和微觀形貌分析?；赮SZ，首次提出以這三種鎢酸鹽作為混合電位高溫氣體傳感器的敏感電極;以氮?dú)鉃楸尘皻猓鯕鉂舛葹?0％，研究了這三種傳感器對(duì)H2以及CO、NO2、 C3H8這三種干擾氣的氣敏性能，并進(jìn)行了機(jī)理分析，選擇出對(duì)氫氣氣敏性能較為優(yōu)異的傳感器進(jìn)行了進(jìn)一

3、步氣敏性能研究。
　　研究發(fā)現(xiàn)，ZnWO4|YSZ|Pt型傳感器的最佳工作溫度為600℃，其它兩種傳感器的最佳工作溫度均為500℃。最佳工作溫度測(cè)試過(guò)程中，隨著溫度的升高，三種傳感器對(duì)氫氣的響應(yīng)越來(lái)越小，其主要原因是由于高溫下敏感電極的催化作用，氫氣在未達(dá)到TPB前即與氧氣發(fā)生反應(yīng)，到達(dá)TPB的氫氣減少，從而導(dǎo)致傳感器的響應(yīng)減小。在最佳工作溫度下，對(duì)三種傳感器氣敏性能進(jìn)行比較:ZnWO4|YSZ|Pt型傳感器對(duì)0.5-3.0％氫氣

4、靈敏度最高，對(duì)CO/NO2/C3H8三種可能的干擾氣具有優(yōu)異的選擇性，其恢復(fù)時(shí)間最短;總體來(lái)說(shuō)，作為氫氣傳感器，ZnWO4|YSZ|Pt型傳感器的氣敏性能最為優(yōu)異。
　　本文進(jìn)一步研究了ZnWO4|YSZ|Pt型氫氣傳感器的重復(fù)性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、傳感器與傳感器間一致性以及氧氣濃度和濕度對(duì)傳感器的影響。傳感器的重復(fù)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性良好;由于是人為手工制作，導(dǎo)致傳感器間對(duì)氫氣的響應(yīng)有微小差異。此外，傳感器的響應(yīng)會(huì)受到氧氣濃度和濕度的影響，