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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。

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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