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电流型NO_X传感器Pt/YSZ泵氧电极制备工艺与性能研究

作　者: 雷超
导　师: 肖建中
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料学
关键词: NO_X传感器 电流型 Pt/YSZ 共烧 三相界面 响应特性
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


NOX（主要包括NO和NO2）是造成酸雨和光化学烟雾的主要物质，给大气带来了严重的污染。大部分NOX都来源于汽车排放的尾气。随着环境保护意识的提高，各国都制定了严格的汽车尾气的排放标准，对NOX的排放也越来越严格。这就使得汽车NOX传感器的开发及优化势在必行。基于YSZ电解质的电流型NOX传感器是目前唯一商业化的产品，但其结构复杂，测量精度不高，响应较慢。因此，如何优化其性能是当前研究的热点。本文采用Pt、YSZ、玻璃料、金属氧化物等作为主要原料制备了NOX传感器Pt/YSZ泵氧电极浆料，研究了玻璃料对Pt/YSZ泵氧电极与YSZ电解质共烧结合性能的影响。以Pt/YSZ电极作为泵氧电极层上、下电极，YSZ作为固体电解质，制备了泵氧电极层原型，以10vol%O2为标准测试气体，研究了共烧温度及YSZ添加量对Pt/YSZ泵氧电极性能的影响。并对Pt/YSZ泵氧电极对不同气体的响应特性进行了相关研究。研究了玻璃料对Pt/YSZ电极与YSZ基体的共烧结合性能的影响。结果表明：玻璃料的加入有利于Pt/YSZ电极与基体的结合。未添加玻璃料的电极与基体共烧后出现严重脱皮，剥落，分层等现象，结合性很差，而添加玻璃料样品共烧后结合性很好。研究了共烧温度对Pt/YSZ泵氧电极显微结构及催化性能的影响。结果表明：随着共烧温度提高，电极三相界面有效长度先增大后减小，1400℃共烧电极有效三相界面最长，呈网状多孔结构。电极催化活性与微观结构相符，1400℃共烧电极催化性能最好。Pt/YSZ泵氧电极反应活化能随共烧温度的提高而略微降低。研究了YSZ含量对Pt/YSZ泵氧电极显微结构及催化性能的影响。结果表明：随着YSZ添加量的增加，电极有效三相界面长度呈先增大后减小的趋势，电极反应活化能呈先降低后增大的趋势。添加20vol%YSZ的Pt/YSZ泵氧电极，表现出最高的催化活性。研究了Pt/YSZ泵氧电极在不同气体下的响应特性。结果表明：在特定测试温度下，氧气浓度与泵电流之间呈明显的线性增长关系，NO浓度与泵电流呈显著的指数增长关系，基气（10vol%O2）的加入不影响Pt/YSZ泵氧电极对NO的响应规律。泵电流随还原气体浓度的增加呈先增大后降低的趋势；界面电阻测试结果与泵电流信号保持一致（泵电流大，则界面电阻小）。在特定氧气浓度下，工作温度与泵电流呈指数增长关系，电极反应活化能基本不受氧气浓度影响。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-28
  1.1 课题研究背景  10-13
  1.2 NO_X传感器的类型及工作原理  13-19
  1.3 泵氧电极材料  19-21
  1.4 Pt/YSZ 电极研究进展  21-26
  1.5 研究目的与研究内容  26-28
2 Pt/YSZ 泵氧电极制备及玻璃料对其结合性能的影响  28-37
  2.1 引言  28
  2.2 实验  28-32
  2.3 实验结果与讨论  32-36
  2.4 本章小结  36-37
3 共烧温度对 Pt/YSZ 泵氧电极显微结构及催化性能的影响  37-46
  3.1 引言  37
  3.2 泵氧电极制作与测试  37-39
  3.3 共烧温度对 Pt/YSZ 泵氧电极显微结构的影响  39-40
  3.4 共烧温度对 Pt/YSZ 泵氧电极催化性能的影响  40-44
  3.5 本章小结  44-46
4 YSZ 含量对 Pt/YSZ 泵氧电极显微结构及催化性能的影响  46-54
  4.1 引言  46
  4.2 不同 YSZ 含量 Pt/YSZ 泵氧电极制备与测试  46-47
  4.3 YSZ 含量对 Pt/YSZ 泵氧电极显微结构的影响  47-48
  4.4 YSZ 含量对 Pt/YSZ 泵氧电极催化性能的影响  48-53
  4.5 本章小结  53-54
5 Pt/YSZ 泵氧电极在不同气氛下的响应特性研究  54-67
  5.1 引言  54
  5.2 Pt/YSZ 泵氧电极制备与测试  54-55
  5.3 O_2条件下，Pt/YSZ 泵氧电极的响应特性  55-58
  5.4 NO 条件下，Pt/YSZ 泵氧电极的响应特性  58-63
  5.5 还原气体条件下，Pt/YSZ 泵氧电极的响应特性  63-66
  5.6 本章小结  66-67
6 全文总结  67-69
  6.1 主要结论  67-68
  6.2 实验中的不足及需要进一步研究的地方  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-74
附录 攻读硕士学位期间发表的论文目录  74

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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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