基于LSCF-SDC致密擴(kuò)散障礙層極限電流型氧傳感器的研究.pdf

1、日益嚴(yán)重的全球能源枯竭、環(huán)境污染等問題成為人類在新世紀(jì)中所面臨的重要考驗(yàn)。氧傳感器在環(huán)保、節(jié)能等方面所起到的積極作用越來越明顯。致密擴(kuò)散障礙層極限電流型氧傳感器可以解決孔隙型極限電流氧傳感器所存在的相關(guān)問題,氧敏特性更好,測量范圍更寬,結(jié)構(gòu)更加簡單、響應(yīng)速度更快、穩(wěn)定性更高、制造成本更低,具有減少污染和節(jié)約能源雙重功效,在應(yīng)用上具有非常好的前景。本文基于以上理論,在前人的基礎(chǔ)上,用La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ(LSC

2、F)固體電子-離子混合導(dǎo)體材料作為氧傳感器的致密擴(kuò)散障礙層材料,氧傳感器的固體電解質(zhì)采用Sm摻雜的CeO2(Ce0.8Sm0.2O1.9,SDC)材料,通過利用瓷片復(fù)合工藝制備出了一種新型的致密擴(kuò)散障礙層極限電流型氧傳感器,并比較系統(tǒng)的研究了其氧敏性能等。
　　采用溶膠凝膠法制備了固體電解質(zhì)材料Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC),應(yīng)用X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)等手段對粉體進(jìn)行了表征,考察了燒結(jié)收縮率及燒結(jié)致密

3、度。制備出了SDC固體電解質(zhì)陶瓷。
　　采用溶膠凝膠法制備了致密擴(kuò)散障礙層材料La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ(LSCF),主要應(yīng)用X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)等手段對粉體的物相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,對其預(yù)燒溫度、保溫時間、燒結(jié)致密度和燒結(jié)收縮率進(jìn)行了考察。制備出LSCF致密擴(kuò)散障礙層陶瓷。
　　將燒結(jié)好的SDC固體電解質(zhì)陶瓷與LSCF致密擴(kuò)散障礙層陶瓷利用瓷片復(fù)合工藝進(jìn)行復(fù)合,之后對復(fù)合之后的陶瓷

4、體密封處理,這樣就制成了實(shí)驗(yàn)所需的致密擴(kuò)散障礙層極限電流型氧傳感器的樣品。對這種極限電流型氧傳感器的氧敏性能進(jìn)行比較系統(tǒng)的測試研究,其結(jié)果表明,以LSCF做為致密擴(kuò)散障礙層材料、SDC做為固體電解質(zhì)材料的致密擴(kuò)散障礙層極限電流型氧傳感器,在700℃溫度下,體積分?jǐn)?shù)為0％~21%范圍內(nèi),均能獲得良好的極限電流平臺,極限電流最大值達(dá)120mA;出現(xiàn)極限電流平臺的電壓區(qū)間為0.8V~1.2V;極限電流與氧體積分?jǐn)?shù)呈很好的線性關(guān)系;反應(yīng)時間約2

5、0s~30s,測量誤差為±3%。
　　為進(jìn)一步探究極限電流大幅提高的原因及進(jìn)一步提高極限電流與氧體積分?jǐn)?shù)對映的精準(zhǔn)性,引入電子阻礙材料BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ(BZCYYb),來抑制極限電流氧傳感器工作過程中由于電子導(dǎo)電而產(chǎn)生的影響。采用相同的方法制備出了引入電子阻礙材料的致密擴(kuò)散障礙層極限電流型氧傳感器,對其氧敏性能進(jìn)行了系統(tǒng)測試。測試結(jié)果表明,在700℃溫度下,氧體積分?jǐn)?shù)為0%~21%范圍內(nèi),均能獲得

6、良好的極限電流平臺,極限電流最大值達(dá)25mA,引入電子阻礙材料后極限電流值明顯減小;出現(xiàn)極限電流的激勵電壓與未引入電子阻礙材料前相比較基本相同;極限電流平臺持續(xù)的電壓區(qū)間為0.5V~1.4V,與未引入電子阻礙材料前相比區(qū)間范圍有所變大;極限電流與氧體積分?jǐn)?shù)呈很好的線性關(guān)系;反應(yīng)時間較未引入電子阻礙材料前有較大縮短,約為5s~10s;測量誤差也有大幅提高,約為±1%。
　　本課題對致密擴(kuò)散障礙層極限電流型氧傳感器的相關(guān)研究,為該種類