【正文】 據(jù)文獻講，此結(jié)構(gòu)類似于電池的陰極。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)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 29 20 30 40 50 60 70 80 Intensity(a.u.)2 T h e t a (o)LaSrCoFeO3 δ900oC 圖 的 X 射線衍射圖譜 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 LSCF 絲網(wǎng)印刷刷制兩層在 SDC 上的顯微形貌分析 用絲網(wǎng)印刷工藝刷制兩層 LSCF 于 SDC 基片上時，再在 1250℃條件下分別處理兩次后，在 SEM 電鏡下顯微結(jié)構(gòu)如圖 所示。 LSCF致密擴散障礙層材料的物相分析 LSCF 粉體經(jīng)過 900℃處理后，在 XRD 下分析所得到衍射圖譜如 所示。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。磨的 SDC薄片表面看似光滑、實則粗糙，接著將磨好的片放于培養(yǎng)皿中；并且加入酒精直至將其基片淹沒住即可。氧分壓一定時，傳感器的最大極限電流隨著溫度的升高而逐漸增大。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 27 圖 （ b）氧傳感器極限電流與溫度的關(guān)系 本章小結(jié) 對以 SDC碳酸鹽復(fù)合材料為電解質(zhì)， LNF為致密擴散障礙層。 根據(jù) Kundense擴散相關(guān)理論，得到該模型下極限電流 IL與 所測得氧分壓φ（ O2） 的理論公式即為： IL = 4FDKSPRTL ?φ(O2) （式 ） 其式中： DK為氧分子的 Kundsen 擴散系數(shù)。 C 650 176。 從圖中也可以看出，隨著溫度升高開始出現(xiàn)極限電流的所加電壓減小，也就是傳感器的響應(yīng)速度隨溫度的升高而加快。 SDC/LNF 絲網(wǎng)印刷氧傳感器極限電流與工作溫度的關(guān)系 將 LNF/SDC絲網(wǎng)印刷工藝制備的極限電流型氧傳感器在 20%的氧分壓下測試其在 550℃～ 750℃時的 IV曲線，測得的極限電流如圖 。 110100 % % % % % % %Limiting Current(mA)Votage(V) 圖 （ a） LNF/SDC氧傳感器在不同氧分壓的極限電流曲線 圖 (b)LNF/SDC絲網(wǎng)印刷氧傳感器極限電流和氧含量對應(yīng)曲線圖 為了進一步研究極限電流值與氧體積分數(shù)之間的關(guān)系，根據(jù)不同氧體積分數(shù)的極限電流電流值，作了 IL ?φ(O2)曲線圖，并且對該曲線進行了擬合，如圖 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22687072747678808284 Limiting Current(mA)Ox ygen Partial Pressure(% )E q u a t i o n y = a + b * xA d j. R S q u a r e 0 . 9 9 5 6 7a 6 5 . 9 7 3 7 1b 0 . 8 3 4 3 8內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 24 （ b）所示。從圖中可以看出， LNF/SDC絲網(wǎng)印刷工藝制備的氧傳感器在氧分壓為 %～ %時均出現(xiàn)了較好的極限電流平臺，而且極限電流的最大值為 110mA。 (4) 過電壓段 電流隨外界加載的電壓增大而繼續(xù)增大，超出極限電流平臺段。此現(xiàn)象與致密擴散障礙層和固體電解質(zhì)中離子的綜合傳輸相關(guān)。 /Ohm 圖 空氣氣氛中 不同溫度下 LNF/SDC 絲網(wǎng)印刷氧傳感器 阻抗 譜內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 22 LNF/SDC絲網(wǎng)印刷氧傳感器的氧敏性能 致密擴散障礙層極限電流型氧傳感器的理想 IV 特征曲線分為四個階段 [60]。 /Ohm3 4 5 6 7 8 9 100510 700 176。 /Ohm20 40 60 80 100 120 140 160510152025 600 176。將圖中的半圓延長與橫軸相交得到的中間值即為電極界面電阻，半圓左側(cè)與橫軸相交的值為固體電解質(zhì)的電阻。 圖 刷制三層 LNF 在 SDC 基片上的斷面顯微形貌圖 LNF/SDC絲網(wǎng)印刷氧傳感器電化學(xué)性能測試 如下圖所示，為以 LNF 障礙層利用絲網(wǎng)印刷工藝在 SDC 薄片上刷制而成的陶瓷薄片。而形不成致密的障礙層陶瓷，分析原因可能內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 20 與燒結(jié)制度有關(guān)，因為三層是三次燒成的。 LNF 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 LNF 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。可以看出，在此溫度下， LNF陶瓷片的晶粒發(fā)育較為完善，晶粒間結(jié)合緊密且均勻性良好。將其再 1250℃下處理 5h 待其冷卻即可制備出 LNF 致密阻礙層極限電流型氧傳感器陶瓷基片。稱取一定量的 LNF 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)。使用 800 目的砂紙對其表面進行粗糙化處理。由圖可以看出， SDC 陶瓷片燒結(jié)致密度很高，晶粒間結(jié)合很緊密，均勻性較好，與此同時燒結(jié)過程中也存在個內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 17 別大晶粒。可以降低燒結(jié)溫度、提高電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和抑制鈰離子的還原。在 680℃時處理后的 XRD 圖譜如 所示，圖中的衍射峰均為 粉末衍射峰，未出現(xiàn)雜峰。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 15 測量系統(tǒng) 傳感器樣品放在石英管的頂端，將傳感器上的兩根引線分別與石英管上的導(dǎo)線連接。試驗?zāi)康氖菧y量在一定溫度下調(diào)節(jié)不同氧分壓，在氧傳感器的兩極施加一個動態(tài)電壓時輸出電流的變化曲線，并依此電流曲線得出一個對應(yīng)氧分壓。氧傳感器的測試裝置如圖 所示，其構(gòu)成由配 氣系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和測量系統(tǒng)三部分組成。為了保證在傳感器工作時能施加較大的抽氧電流，要求固體電解質(zhì)在一定溫度范圍內(nèi)有較高的氧離子電導(dǎo)率，對于擴散障礙層混合導(dǎo)體 材料則要有足夠大的電子電導(dǎo)和一定的氧離子電導(dǎo)。加速電壓 40KV。 性能測試 粉體的物相分析與微觀結(jié)構(gòu) 采用德國 BRUKER 公司生產(chǎn)的 D8ADVANCE 型 X衍射儀分析加入燒結(jié)助劑的電解質(zhì) SDC 和固體電子－離子混合導(dǎo)體材料 LNF 的物相。將制備好的 LSCF 粉體倒入研缽，少量，緩慢的滴入松油醇并研磨直到可以拉起絲為止。施加 5MPa 壓力壓制成型，將生壞放入鉬硅棒的高溫爐中以 2℃ / min 到 1250℃，保溫 5h 在以 2℃/min 降溫。 6）在恒溫水浴鍋中進一步處理得到凝膠，將凝膠低溫燃燒后得到初始粉體。3）將 Y2O3和 Yb2O3溶于硝酸中，加熱并攪拌完全溶解后，加入 mol Ce(NO3)3用稀氨水將溶液調(diào)至中性，然后在水浴鍋中 80℃加熱蒸發(fā)，得褐色干凝膠 .將該凝膠置于電阻爐中燃燒，再經(jīng) 700℃鍛燒 2h 得黑色粉體材料。按 nLa : nNi :n Fe = 1 : 0. 6 : 0. 4 計算并稱量 La2O NiO、 Fe(NO3)3在恒溫水浴鍋中 80℃ 水浴干燥得到凝膠。制備時所用的初始原料為 Sm2O3 粉體、 Ce2(CO3)3H 2O HNO3 C10H16N2O8 C6H8O7 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 10 第二章 粉體的制備和測試方法 實驗原料和儀器設(shè)備 實驗原料 實驗過程中需要的原料明細見表 表 實驗儀器設(shè)備 粉體和傳感器的制備以及測試過程所需儀器見表 。且我在上段論文中已經(jīng)闡述了小孔型極限電流型氧傳感器和多孔擴散型極限電流型氧傳感器的缺點 [55～ 58]。目的在控制有害氣體的排放；在使用鍋爐行業(yè)、化工行業(yè)和冶金材料行業(yè)生產(chǎn) 過程中使用氧傳感器對其的氧含量進行監(jiān)測，其操作的目的，在于對燃燒室內(nèi)部氧氣量進行監(jiān)測，以達到節(jié)能、環(huán)保和優(yōu)質(zhì)冶煉的目的。 cm1,氧離子電導(dǎo)率達到 101S Kindermann與其他學(xué)者研究得出，() 與 低 溫 氧 化 物 固 體 電 解 質(zhì) 材 料 、(CGO)等有很好的化學(xué)相容性 [45～ 47]。所以本實驗采用這類材料作為極限電流型氧傳感器的擴散障礙材 料。 /Ohm 圖 鈣鈦礦型氧化物 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 8 （ LNF）鈣鈦礦型復(fù)合氧化物 LNF材料是一種畸變的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)材料， La3+離子占據(jù)在立方晶胞的體心位置， Fe3+、 Ni2 +離子則占據(jù)在晶胞的頂角上，氧空位則分布在立方晶胞的棱上。而其中陰離陰離子空位即氧離子空位是我們所利用的關(guān)鍵。 晶格氧缺陷在鈣鈦礦材料研究中最為普遍，其鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)氧化物即就是典型。而且在較高的環(huán)境下具有一定的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。 Kinderman[32]與其他學(xué)者研究得出 ()電解質(zhì)材料 、 (CGO)等有很好的化學(xué)相容性。稀土氧化物在 CeO2 中的溶解度極值要比堿土氧化物大的多，因此，證明其摻雜是正確的。前已述及其使用其的優(yōu)點。孫明濤，孫俊才等人研究且發(fā)現(xiàn)了具有很高離子電導(dǎo)率的氧化鈰基材料 [31]。 氧傳感器基體材料 SDC 固體電解質(zhì)概述 電解質(zhì)的主要的功能就是起到離子傳導(dǎo)的作用，早前使用 ZrO2 基基體材料作為氧傳感器的電解質(zhì)材料雖然已經(jīng)有了比較系統(tǒng)的認識和了解 [22]。由于傳感器兩表面處的氧濃度不同，所以在氧化學(xué)勢梯度的推動下通過 SDC 固體電解質(zhì)的氧空位缺陷遷移到傳感器的陽極，氧離子在 SDC 固體電解質(zhì)一 側(cè)的正極放電又變?yōu)檠醴肿?。所以使用中不會發(fā)生堵塞現(xiàn)象。/Ohm 圖 多孔擴散層極限電流型氧傳感器示意圖 致密擴散障礙層極限電流型氧傳感器 以上兩 種傳感器的擴散障礙層均是采用物理擴散障礙層 ,即孔隙型擴散障礙層?？梢允褂枚嗫淄繉觾?nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 4 取代小孔層的方式，來制得的極限電流型氧傳感器。電極反應(yīng)方程式如下： 陰 極側(cè) O2 + 4e? →2O2? （式 ） 陽極側(cè) 2O2?→ O2 +4e? （式 ） 另根據(jù)夏風(fēng)的研究成果中所講 [15],泵氧過程中，外加泵電壓的增加將會導(dǎo)致泵電流的增加，爾后逐步減小甚至出現(xiàn)電流平臺的現(xiàn)象，這就即研究界通常所說的：電流達到飽和狀態(tài)，而這個電流即為極限電流。 極限電流型氧傳感器 極限電流型氧傳感器測量范圍廣、使用壽命長、精度高、響應(yīng)快 [8],近些年來業(yè)已成為研究的熱點。故此，氧傳感器及其智能化儀表在國防科研、汽車工業(yè)、冶金化工、醫(yī)療環(huán)保等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用 [5]。而生產(chǎn)能耗只占總能耗的 %[4].故，使用氧傳感器，可以起到減少污染和節(jié)約資源的作用。與此同時，氧傳感器還可以用于熱處理爐的氣氛控制和金屬液中氧含量的快速測定等。 LNF 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)論文 IV 目錄 摘 要 ..............................................................................................................................I Abstract ........................................................................................................................... II 第一章 文獻綜述 ............................................................................................................. 1 引言 ................................................................................................................... 1 氧傳感器 ............................................................................................................ 1 氧傳感器的應(yīng)用 ..................................................................................... 1 氧傳感器的類型 ....................................................................................... 2 極限電流型氧傳感器 .............................................