【正文】 ........ 19 LNF 絲網(wǎng)印刷刷制三層在 SDC 上的顯微形貌分析 ................................... 19 LNF/SDC 絲網(wǎng)印刷氧傳感器電化學(xué)性能測(cè)試 ............................................... 20 LNF/SDC 絲網(wǎng)印刷氧傳感器的氧敏性能 ............................................................. 22 LNF/SDC 絲網(wǎng)印刷氧傳感器極限電流與氧分壓的關(guān)系 ............................. 22 SDC/LNF 絲網(wǎng)印刷氧傳感器極限電流與工作溫度的關(guān)系 .......................... 24 本章小結(jié) .......................................................................................................... 27 第四章 LSCF/SDC 絲網(wǎng)印刷極限電流型氧傳感器的研究 ................................................. 28 LSCF/SDC 絲網(wǎng)印刷極限電流型氧傳感器的制備 ................................................. 28 LSCF 致密擴(kuò)散障礙層材料的物相分析 ............................................................... 28 LSCF 絲網(wǎng)印刷在 SDC 基片上不同厚度的氧傳感器的斷面分析 ............................ 29 LSCF 絲網(wǎng)印刷刷制兩層在 SDC 上的顯微形貌分析 ................................... 29 LSCF 絲網(wǎng)印刷刷制三層在 SDC 上的顯微形貌分析 ................................... 30 LSCF/SDC 絲網(wǎng)印刷氧傳感器電化學(xué)性能測(cè)試 .................................................... 31 LSCF/SDC 絲網(wǎng)印刷氧傳感器的氧敏性能 ........................................................... 33 LSCF/SDC 絲網(wǎng)印刷氧傳感器極限電流與氧分壓的關(guān)系 ............................ 33 LSCF/SDC 絲網(wǎng)印刷氧傳感器極限電流與工作溫度的關(guān)系 ........................ 34 LSCF/SDC 絲網(wǎng)印刷氧傳感器內(nèi)加入電子阻礙材料后氧傳感器的響應(yīng)時(shí)間 .......... 37 本章小結(jié) .......................................................................................................... 38 5 結(jié) 論 ........................................................................................................................ 38 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 39 致 謝 ............................................................................................................................. 43 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 1 第一章 文獻(xiàn)綜述 引言 汽車所排放出的尾氣中含有有害物質(zhì)：主要有一氧化碳（ CO）、碳?xì)浠衔铮?HC）、硫氫化合物（ SOx）、氮氧化物（ NOx）以及固體微粒等 [1,2],目前，研究表明汽車尾氣的不環(huán)保排放，亦會(huì)造成大面積霧霾的發(fā)生。并且在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的條件下，制備出（ LNF） 和 La1xSrxCo1yFeyO3（ LSCF） 為陰極障礙層的 致密擴(kuò)散粉體。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 畢業(yè)論文 題 目：絲網(wǎng)印刷工藝對(duì)摻雜氧化鈰基極限電流型氧傳感 器的性能影響 學(xué)生姓名：秦蒙 學(xué) 號(hào)： 1161142129 專 業(yè)：無機(jī)非金屬材料工程 班 級(jí)：無機(jī)一班 指導(dǎo)教師：周芬 副教授 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 I 絲網(wǎng)印刷工藝對(duì)摻雜氧化鈰基極限電流型氧傳感器的性能影響 摘 要 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的快速增長(zhǎng)， 伴隨產(chǎn)生的環(huán)境、資源、社會(huì)倫理道德等問題也日益突出。 將燒結(jié)好的 SDC 陶瓷片，用 砂紙打磨粗糙后，再用松油醇研磨的 LNF 或 LSCF漿料涂刷在 SDC 陶瓷片上， 再進(jìn)行燒結(jié)即可。所以當(dāng)前，研發(fā)和使用新能源，高效地利用資源已經(jīng)成為刻不容緩的任務(wù)。 氧傳感器 氧傳感器的應(yīng)用 當(dāng)前，健康空調(diào)概念的提出，催 生了氧傳感在該領(lǐng)域的大量需求；在汽車領(lǐng)域中，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保汽車的嚴(yán)格要求，促進(jìn)了氧傳感在該行業(yè)的應(yīng)用。 極限電流型氧傳感器大致可以分為下述三種；即小孔型極限電流型氧傳感器[9,10]、多孔擴(kuò)散層極限電流氧傳感器 [11]和致密擴(kuò)散層極限電流型氧傳感器。這就是研究界常說的多孔擴(kuò)散層極限電流型氧傳感器 ,其所具有的特點(diǎn)是，多孔擴(kuò)散層極限電流型氧傳感器容易制備。 以LSCF/SDC 致密擴(kuò)散障礙極限電流氧傳感器為例。但是國(guó)外的Dietz教授 [23]，國(guó)內(nèi)的路順，林健等 [24]研究發(fā)現(xiàn)使用 ZrO2 基固體電解質(zhì)材料其需要在 800℃到 1000℃的溫度條件下才能達(dá)到較高的離子導(dǎo)電率，但是，較高的工作溫度也會(huì)引發(fā)一些與物理因素有關(guān)的問題，例如膨脹系數(shù)不匹配、生產(chǎn)技術(shù)等相關(guān)問題 [24～ 30]。在此，我先闡述一下CeO2 的晶體結(jié)構(gòu)：如圖 所示 圖 基于鈰離子的 CeO2 晶胞結(jié)構(gòu) CeO2 具有開放的 CaF2 結(jié)構(gòu)，其晶胞參數(shù)大致為 。簡(jiǎn)家文等人發(fā)現(xiàn)了，因 LSM 有高的電導(dǎo)率、 較好 的透氧能力，熱膨脹系與 YSZ相近，所以，將 LSM 作擴(kuò)散障礙材料與 YSZ 共壓共燒制備出的氧傳感器有較好的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 7 性能。故其內(nèi)部具有電子導(dǎo)電和氧離子導(dǎo)電性能。據(jù) Chiba研究 [38,39]得出，在 750℃ 下的電導(dǎo)率為 580S/cm,是 LSM（ 180S/cm） 的 3倍 [40]。 Anderson等人研究發(fā)現(xiàn) LSCF不與 DCO 發(fā)生反應(yīng)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和軍事技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，能源和環(huán)境問題越來越醒目的展現(xiàn)在國(guó)人面前。 原料 分子式 相對(duì)分子質(zhì)量 純度 物理性狀 氧化鑭 硝酸鈷 硝酸鐵 硝酸鍶 氨 水 硝酸 EDTA 檸檬酸 甘氨酸 氧化釤 氧化鎳 碳酸鈰 碳酸鋰 碳酸鈉 銀膏 鉑漿 La2O3 Co(NO3)2 xH2O、檸檬酸、 EDTA。 9H2O。 6H2O。將燒結(jié)好的選用完好平整的 SDC 陶瓷片，將陶瓷片的兩面用砂紙打磨平整。采用 Cu 靶，掃描速度 4176。而氧擴(kuò)散能力的大小可以通過混合導(dǎo)體的電導(dǎo)率反映出來，所以可將制備好的氧傳感器樣品放入圖 所示的裝置中，以用于測(cè)試氧傳感器的內(nèi)阻抗從而得出材料的氧敏性能與傳感器電阻的關(guān)系。對(duì)比兩個(gè)氧分壓從而得出傳感器對(duì)環(huán)境氧體積分?jǐn)?shù)的敏感程度。而且特征峰的峰形尖銳，表明固相反應(yīng)法在 650℃下 SDC復(fù)合碳酸鹽電解質(zhì)粉體已經(jīng)形成了良好的螢石結(jié)構(gòu)。所以，還應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)過程中優(yōu)化溫度制度，減小起始晶粒大小，加入燒結(jié)助劑等來抑制大晶粒的異常長(zhǎng)大。并且用研缽邊研磨的同時(shí)，加入大概數(shù)十滴松油醇使其漿料能拉拔成絲狀。然而，其內(nèi)部仍然可以發(fā)現(xiàn)部分氣孔。故第三次燒結(jié)時(shí)其內(nèi)部第一層實(shí)際已經(jīng)過燒。從而可以得出氧傳感器固體電解質(zhì)的電阻隨著溫度的升高而降低。 CZ/OhhmZ39。 IV 曲線的斜率可視為氧傳 感器的總電阻率，因所選取的致密擴(kuò)散障礙層材料同時(shí)具有離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)， 且它的電導(dǎo)率要比固體電解質(zhì)高 幾個(gè)數(shù)量級(jí)，故可以扣除致密擴(kuò)散障礙層材料的影響，則可以確定固體電解質(zhì)的直流電阻率，因而此階段 IV 曲線的斜率取決于固體電解質(zhì)的歐姆特性。從圖中還可以看出，隨著氧分壓的增大，出現(xiàn)極限電流平臺(tái)的泵氧電壓也隨之增大，即開始出現(xiàn)極限電流的電壓向右移動(dòng)。從圖中可以看出，隨著測(cè)試溫度的提高，極限電流平臺(tái)及極限電流值也隨之增大。 C 700 176。使用絲網(wǎng)印刷的工藝方法制備出的致密擴(kuò)散障礙層極限電流型氧傳感器陶瓷基片，并且進(jìn)行研究，得出了以下結(jié)論： （ 1） SDC粉體添加 5wt%的 Li2O3和 Na2CO3(nLi:nNa=62:38)經(jīng)過 680℃處理后，SDC碳酸鹽復(fù)合粉體 XRD圖譜與 SDC標(biāo)準(zhǔn)卡片一致，形成了單一穩(wěn)定的螢石結(jié)構(gòu)，并且燒結(jié)溫度降低了 350℃，促使燒結(jié)更加致密，固相反應(yīng)也更加完全。然后，放于超聲波清洗器中進(jìn)行處理數(shù)分鐘即可。與LSCF 標(biāo)準(zhǔn)衍射卡片對(duì)照，其特征峰的位置和峰強(qiáng) 復(fù)合很好。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 30 圖 刷制兩層 LSCF 在 SDC 基片上的斷面顯微形貌圖 LSCF 絲網(wǎng)印 刷刷制三層在 SDC 上的顯微形貌分析 用絲網(wǎng)印刷工藝刷制三層 LSCF 于 SDC 基片上時(shí)，再在 1250℃條件下分別處理三次后，在 SEM 電鏡下顯微結(jié)構(gòu)如圖 所示。形成了類似于海綿狀的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部孔隙率大且蓬松。且峰形尖銳，表明用固相發(fā)應(yīng)合成法在 1250℃下恒溫 4h條件下， LSCF完全合成，結(jié)晶良好，是單一的斜方晶系鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。稱取一定量的 LSCF 粉體于陰極 瑪瑙研缽內(nèi)，爾后，加入 3%5%的乙基纖維素于研缽內(nèi)。 （ 3） SDC/LNF 絲網(wǎng)印刷工藝制備的氧傳感器，在 550℃～ 750℃，氧分壓為%～ %區(qū)間內(nèi)，都獲得了較好的極限電流平臺(tái)，極限電流與氧分壓呈很好的線性關(guān)系。 CLimiting Current(mA)Voltage(V) 圖 LNF/SDC絲網(wǎng)印刷氧傳感器在 φ（ O2） =%時(shí)不同溫度下的電流 — 電壓 因此，根據(jù)上述所證實(shí)的推論對(duì)測(cè)得的極限電流值與溫度的關(guān)系進(jìn)行探討分析。隨著溫度的升高， SDC電解質(zhì)的離子電導(dǎo)也會(huì)增大，即氧在固體電解質(zhì)中的遷移 數(shù)目變大，因此氧傳感器的極限電流值隨著溫度的升高而隨之增大。當(dāng)氧分壓超過 15%時(shí)，極限電流明顯增大，而在低氧分壓時(shí)，即使氧分壓發(fā)生很小變化，極 限電流值也會(huì)發(fā)生明顯的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 23 改變，說明用絲網(wǎng)印刷工藝制備的 LNF/SDC極限電流型氧傳感器對(duì)低氧含量測(cè)量時(shí)有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。由于致密擴(kuò)散障礙層材料的電子電導(dǎo)率很高，其內(nèi)電阻非常小，若致密擴(kuò)散障礙層兩端的電勢(shì)梯度忽略不計(jì)，那么氧僅僅是在氧濃度梯度的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行擴(kuò)散遷移的。 /Ohm 750 ? CZ/OhmZ39。 CZ/OhmZ39。應(yīng)該變化燒結(jié)工 藝。所以，解決方案是，增設(shè)溫度制度，來除去醇類和脂類雜質(zhì)。然后。爾后將壓制好的胚體放在氧化鋁墊片上置于馬弗爐中 1250℃進(jìn)行燒結(jié)，升溫速度盡量慢，故控制在 2℃ /min，燒結(jié)5h 后再緩慢冷卻至室溫。由此，我們證明了加入碳酸鹽類形成復(fù)合 SDC 電解質(zhì)。試驗(yàn)測(cè)試溫度為 600℃、 650℃、 700℃、 750℃。當(dāng)氧氣受到了限制時(shí)，到達(dá)陽(yáng)極的氧則不會(huì)隨著泵氧電壓的升高而增加，故此傳感器的電流達(dá)到最大趨于飽和，即就是極限電流。 ~80176。清洗干凈的 SDC 片烘干作為基片。 5）在上述操作完成后，對(duì)上內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 13 一步所得溶液用 N NH4OH 溶液進(jìn)行滴定，使其 PH 值 控制在 6到 7，待得到均勻的溶膠。檸檬酸的物質(zhì)的量與金屬離子的比為 1: 用蒸餾水溶解，將所有溶液混合均勻。 xH2O 用稀 HNO3完全溶解，將得到的 Ce2(CO3)3 溶液進(jìn)行標(biāo)定，量取所需量；按化學(xué)計(jì)量比計(jì)算出所需Sm2O3質(zhì)量稱量 Sm2O3（稱量前先將 Sm2O3干燥）并溶于稀 HNO3中；檸檬酸和 EDTA及金屬金屬離子的物質(zhì)的量之比為 1::1 的比例稱取；檸檬酸用蒸餾水溶解 ，EDTA 用稀氨水溶解；溶液于大燒杯混合攪拌均勻后用稀氨水緩慢滴定，調(diào)節(jié)溶液 pH 值使其控制在 7左右，得到均一透明的溶膠。9H2O Sr(NO3)2 NH3 目前，使用小孔和多孔型 兩 種傳感器的擴(kuò)散障礙層均采用物理擴(kuò)散障礙層 ,即孔隙型擴(kuò)散障礙層。La1xSrxCo1yFeyO3 在 800℃時(shí)其電子電導(dǎo)率可達(dá)到 102～ 103S這類材