【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)時間 .......... 37 本章小結(jié) .......................................................................................................... 38 5 結(jié) 論 ........................................................................................................................ 38 參考文獻 ........................................................................................................................ 39 致 謝 ............................................................................................................................. 43 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 1 第一章 文獻綜述 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）、碳氫化合物（ 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，亦會造成大面積霧霾的發(fā)生。并且在查閱相關(guān)文獻的條件下，制備出（ LNF） 和 La1xSrxCo1yFeyO3（ LSCF） 為陰極障礙層的 致密擴散粉體。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： 1161142129 專 業(yè)：無機非金屬材料工程 班 級：無機一班 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 隨著我國經(jīng)濟實力的快速增長， 伴隨產(chǎn)生的環(huán)境、資源、社會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，隨著國家對環(huán)保汽車的嚴(yán)格要求，促進了氧傳感在該行業(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]、多孔擴散層極限電流氧傳感器 [11]和致密擴散層極限電流型氧傳感器。這就是研究界常說的多孔擴散層極限電流型氧傳感器 ,其所具有的特點是，多孔擴散層極限電流型氧傳感器容易制備。 以LSCF/SDC 致密擴散障礙極限電流氧傳感器為例。但是國外的Dietz教授 [23]，國內(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到較高的離子導(dǎo)電率，但是，較高的工作溫度也會引發(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)。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和軍事技術(shù)的發(fā)展與進步，能源和環(huán)境問題越來越醒目的展現(xiàn)在國人面前。 原料 分子式 相對分子質(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。對比兩個氧分壓從而得出傳感器對環(huán)境氧體積分數(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)該在實驗過程中優(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大。并且用研缽邊研磨的同時，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)時其內(nèi)部第一層實際已經(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，因所選取的致密擴散障礙層材料同時具有離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)， 且它的電導(dǎo)率要比固體電解質(zhì)高 幾個數(shù)量級，故可以扣除致密擴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。從圖中可以看出，隨著測試溫度的提高，極限電流平臺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散障礙層極限電流型氧傳感器陶瓷基片，并且進行研究，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行處理數(shù)分鐘即可。與LSCF 標(biāo)準(zhǔn)衍射卡片對照，其特征峰的位置和峰強 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，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，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） =%時不同溫度下的電流 — 電壓 因此，根據(jù)上述所證實的推論對測得的極限電流值與溫度的關(guān)系進行探討分析。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，極限電流明顯增大，而在低氧分壓時，即使氧分壓發(fā)生很小變化，極 限電流值也會發(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低氧含量測量時有比較明顯的優(yōu)勢。由于致密擴散障礙層材料的電子電導(dǎo)率很高，其內(nèi)電阻非常小，若致密擴散障礙層兩端的電勢梯度忽略不計，那么氧僅僅是在氧濃度梯度的驅(qū)動下進行擴散遷移的。 /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)。試驗測試溫度為 600℃、 650℃、 700℃、 750℃。當(dāng)氧氣受到了限制時，到達陽極的氧則不會隨著泵氧電壓的升高而增加，故此傳感器的電流達到最大趨于飽和，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 溶液進行標(biāo)定，量取所需量；按化學(xué)計量比計算出所需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 種傳感器的擴散障礙層均采用物理擴散障礙層 ,即孔隙型擴散障礙層。La1xSrxCo1yFeyO3 在 800℃時其電子電導(dǎo)率可達到 102～ 103S這類材