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LSGM基混合电势型NOx传感器的研究
作 者: 顾媛媛
导 师: 简家文
学 校: 宁波大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: NO2传感器 La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Ox 混合电势 电流型
分类号: TP212
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
汽车尾气排放标准的日趋严格催生了对车用NOx传感器的需求。目前,基于Y2O3稳定的ZrO2(Yttria Stablilzed Zirconia,简称YSZ)固体电解质的化学类NOx传感器因其结构简单、测试气体范围大、响应信号易测等优点,成为了研究热点。但是,受YSZ本身材料特性所限,该类传感器只能在800℃以上的高温环境中工作,由此带来传感器原料选择和器件制作成本的提高等问题。为了降低传感器的工作温度,本文选取Sr、Mg双掺杂的LaGaO3(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Ox,简称LSGM)作为传感器的固体电解质,以代替传统的YSZ,对LSGM的材料特性以及基于该材料的NO2传感器的制备和敏感性能等方面做了一系列的测试和研究。选用溶胶凝胶法制备的La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Ox粉体,进行常规烧结,对各样品进行致密度、XRD、线收缩率、SEM以及电导率等一系列物理特性和敏感电学热性的测试和分析。结合测试结果,推断出LSGM用作固体电解质的最佳烧结温度约在1400℃左右。以1400℃、4h烧结得到的LSGM作固体电解质,采用丝网印刷技术制备了NiO/LSGM/Pt结构的混合电势型NO2传感器,并对其各项理化分析和敏感特性进行了测试。结果显示:450~750℃范围内,同一温度下,传感器对NO2的输出电势随NO2浓度的增大而增大。但随工作温度的升高,尤其是≥600℃时,输出电势随NO2浓度的增大呈现反向减小的趋势。不同温度、不同NO2浓度下测得的传感器样品的阻抗谱显示,阻抗谱在低频范围内随着NO2浓度的增加而出现一定程度的变化,尤其是当测试温度≥550℃时,低频段的阻抗谱圆弧出现了一定程度的收缩,即随着NO2浓度的增加,传感器的电极界面反应活化阻抗逐步减小。为了改善传感器的性能,尝试将掺入一定质量比的LSGM的NiO混合电极作为敏感电极,制备了相应的混合电势型NO2传感器,并对混合电极的物理特性和传感器样品的敏感特性进行了测试研究。结果显示:600℃时,在各个传感器样品中,采用LSGM掺杂量为15%作敏感电极的样品的输出电势幅值最大。此外,还制备了基于LSGM的电流型NO2传感器,并研究了其敏感特性和稳定性。结果显示在400650℃内,气氛中NO2的浓度和传感器的电流幅值变化I存在良好线性关系;传感器的响应时间结果显示,当工作温度为450℃时,相对而言传感器响应较快,响应和恢复时间分别为50s和90s左右,重复性也相对较好;但在稳定性方面还有待进一步完善。
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全文目录
摘要 4-6 Abstract 6-8 目录 8-11 引言 11-12 1 绪论 12-22 1.1 基于固体电解质的 NOx 传感器 12-18 1.1.1 研究现状 12-13 1.1.2 基于固体电解质的混合电势型 NOx 传感器 13-15 1.1.3 基于固体电解质的电流型 NOx 传感器 15-18 1.2 LSGM 材料的研究进展 18-20 1.2.1 LSGM 概述 18-19 1.2.2 LSGM 晶体结构 19 1.2.3 LSGM 导电机理 19-20 1.2.4 LSGM 的应用 20 1.3 敏感电极材料的研究及进展 20-22 1.3.1 钙钛矿型氧化物 20-21 1.3.2 尖晶石型氧化物 21 1.3.3 简单氧化物 21-22 2 研究内容及方法 22-31 2.1 研究内容 22-23 2.2 采取的技术路线及实施方案 23-27 2.3 创新点及技术关键 27 2.4 实验试剂和设备 27-29 2.5 测试方法 29-31 2.5.1 线收缩率 29 2.5.2 致密度 29 2.5.3 热收缩 29-30 2.5.4 物相分析 30 2.5.5 微观形貌分析 30 2.5.6 交流阻抗测试 30 2.5.7 传感器敏感特性测试 30-31 3 La_(0.9 )Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_x固体电解质的电化学特性研究 31-43 3.1 引言 31 3.2 实验 31 3.3 结果及讨论 31-42 3.3.1 线收缩率及相对密度 31-32 3.3.2 热收缩结果分析 32-33 3.3.3 XRD 结果分析 33-34 3.3.4 SEM 结果分析 34-36 3.3.5 交流阻抗谱 36-40 3.3.6 电导率结果及分析 40-42 3.4 本章小结 42-43 4 基于 La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_x的混合电势型NO_2传感器的研究 43-52 4.1 引言 43 4.2 实验 43-44 4.2.1 传感器的制备 43-44 4.2.2 传感器的测试 44 4.3 结果及讨论 44-51 4.3.1 传感器理化分析 44-46 4.3.2 输出电势结果分析 46-48 4.3.3 交流阻抗谱结果分析 48-51 4.4 本章小结 51-52 5 掺杂不同比例 LSGM 的 NiO 做敏感电极的混合电势型 NO_2传感器的敏感特性 52-63 5.1 引言 52 5.2 实验 52-53 5.2.1 敏感电极材料及传感器的制备 52-53 5.2.2 性能测试 53 5.3 结果及讨论 53-61 5.3.1 理化分析 53-58 5.3.2 输出电势结果分析 58-61 5.4 本章小结 61-63 6 基于 La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_x的电流型 NO_2传感器的研究 63-72 6.1 引言 63 6.2 实验 63-65 6.2.1 传感器制备 63-64 6.2.2 传感器的测试 64-65 6.3 结果及讨论 65-70 6.3.1 输出电流结果分析 65-68 6.3.2 响应时间结果分析 68-70 6.3.3 稳定性结果分析 70 6.4 本章小结 70-72 7 结论 72-74 参考文献 74-77 在学研究成果 77-79 致谢 79
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器
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