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基于电极选择性的新型NOx传感器的制备及其性能研究

作　者: 覃剑
导　师: 肖建中
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料学
关键词: NOx传感器混合电势型双敏感电极经验公式工作温度电化学阻抗谱
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

由于汽车数量的不断增加，汽车尾气中的NOx气体造成的环境污染也越来越严重，因此各国的排放法规越来越严格，NOx传感器的研发显得尤为迫切。然而，由于电势型NOx传感器对NO和NO₂的响应电势相反，使得NOx传感器的结构复杂，制造成本及稳定性成为一个难题。为了简化平板式NOx传感器的结构，本文提出了双敏感电极这一概念。采用Cr₂O₃、LSFNiO、NiO、LSFMnO、LSFCO、LSNiO等材料作为NOx传感器的敏感电极，研究了其烧结制备工艺、响应特性与工作温度的关系。制备了Cr₂O₃-LSFNiO、NiO-LSFMnO、LSFCO-LSNiO等三种双敏感电极NOx传感器，研究了NO/NO₂浓度比对敏感电极响应特性的影响。研究敏感电极烧结制备工艺发现：随着烧结温度的升高，敏感电极挥发量越来越大。1100℃下敏感电极几乎未产生烧结；1300℃及以上，烧结产生微裂纹、颗粒“板结”等缺陷，导致三相界面面积减少。LSFCO在1300℃及以上烧结时，与YSZ反应生成La_0.5Zr_0.5O_1.75、(La_0.1Zr_0.9)O_1.95等新物相，且特征峰位略向左偏移。敏感电极响应特性与工作温度具有密切的关系。随着温度的升高，敏感电极电势先增大后减小。Cr₂O₃，NiO，LSFCO，LSNiO敏感电极在550℃达到最大；LSFNiO和LSFMnO敏感电极则在600℃达到最大。LSFNiO电极600℃下的敏感性最好，其余的敏感电极则在550℃下的敏感性最好。温度升高，敏感电极对NOx分子的吸附能力减弱，其恢复速率增大，响应速率变化不大。所制备的敏感电极电势与NO和NO₂的浓度对数呈良好的线性关系，随着NO浓度的增大而减小，随着NO₂浓度的增大而增大。并获得了电极电势关于NOx浓度的经验公式。同一大类材料中，电势型NOx传感器的NO敏感性与NO₂敏感性不可兼得，具有此消彼长的规律。对电极阻抗谱研究表明：随着温度的升高，YSZ和敏感电极的体电阻以及二者的界面电阻均逐渐减小。随着NO₂浓度的增加，吸附在敏感电极表面的NO₂气体的量也逐渐增大，更多的NO₂参与电化学反应，加速了YSZ/敏感电极界面电荷传递的速率，导致敏感电极/YSZ界面电阻减小。拟合结果表明，界面电阻随着NO2浓度的增大而线性减小。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 绪论  10-34
  1.1 前言  10-12
  1.2 NOx 传感器的分类、结构及工作原理  12-22
  1.3 NOx 传感器响应特性的影响因素  22-32
  1.4 研究方案  32-34
2 敏感电极制备工艺的研究  34-44
  2.1 引言  34
  2.2 样品的制备  34-36
  2.3 实验结果  36-41
  2.4 讨论  41-42
  2.5 本章小结  42-44
3 工作温度对敏感电极响应特性的影响  44-53
  3.1 前言  44
  3.2 敏感性测试实验  44-45
  3.3 实验结果  45-49
  3.4 讨论  49-52
  3.5 本章小结  52-53
4 NO/NO_2浓度比对NOx传感器响应特性的影响  53-68
  4.1 前言  53
  4.2 传感器制备与测试  53-54
  4.3 实验结果  54-63
  4.4 讨论  63-66
  4.5 本章小结  66-68
5 全文总结  68-70
  5.1 主要结论  68-69
  5.2 实验中的不足以及下一步工作  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-75
附录攻读硕士学位期间发表的论文目录  75

基于电极选择性的新型NOx传感器的制备及其性能研究

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