[发明专利]一种多电极电化学气体传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种多电极电化学气体传感器的制备方法。

背景技术

电化学气体传感器具有检测气体种类多，浓度范围宽，体积小， 功耗低，可用于现场监测等优点，因此，这种传感器在工农业监测、 检测领域得到广泛的应用，但是由于多种毒气的基本属性一致，因此 存在实际监测过程中，不同气体的交叉干扰问题。尤其在石化、钢铁 冶炼等行业，经常会出现一氧化碳与硫化氢并存的现象，而工业变送 器采用的三电极电化学一氧化碳、硫化氢气体传感器实际应用中存在 交叉干扰的问题，即一氧化碳传感器对一氧化碳、硫化氢气体都存在 响应信号，同时硫化氢传感器对一氧化碳、硫化氢也都存在响应信号， 因此当两种气体共存时，传感器实际测试信号存在较大的误差，并且 实际安装监测仪器时，需要两套传感器检测单元，增加了使用与维护 成本。

传统电化学传感器基本采用两电极或三电极结构设计。中国专利 CN2456165公开了一种“电化学一氧化碳传感器”，该传感器在一壳 体内为液体室，其上放置下电极片及下感应电极、中间绝缘隔离层、 上感应电极及上电极片、外罩，下感应电极上表面涂有催化剂膜作为 下对应电极，上感应电极下表面涂有催化剂膜作为上对应电极，下电 极片开有液体渗透孔，上电极片开有进气孔，外罩内为气体过滤室。 中国专利01252229.5公开了一种“固体聚合物电解质一氧化碳传感 器”，它主要由传感器芯片、透气隔板、小气孔、样气室、传感器外 壳构成，其中传感器芯片是以固体聚合物作为电解质，以贵金属粉末 用粘合剂粘接的防水催化剂膜作为工作电极、辅助电极、参比电极以 及固体聚合物电解质膜与电极通过热压结合成一体。这些传感器的设 计均采用两电极和三电极的设计，只能测量单一的气体。

发明内容

本发明的目的是提供一种多电极电化学气体传感器的制备方 法。

本发明的传感器利用电化学控制电位电解的基本原理、通过外部 工作电路，以参比电极为基准，将工作电极恒定在选定的电位下，使 被测气体在工作电极上产生氧化或还原反应，在对电极上产生对应的 电化学反应，并在回路中产生氧化或还原电流。该电流与气体浓度成 正比，故可以定量。

本发明的传感器采用两片工作电极、两片辅助电极及一片参比电 极组成，其中两片工作电极分别采用铂空气电极和金空气电极，参比 和辅助电极均采用铂空气电极，五片电极采用叠层放置呈三明治式结 构，由上至下分别是金、铂一体工作电极，参比电极、两片辅助电极。

电极的制备过程如下：首先对预选的膜进行清洗、烘干，选择的 电极膜厚度在0.05-0.2毫米，并平整固定在丝网印刷设备上；将印 刷模版固定在被印刷的膜上表面，配制印刷催化剂浆料，按照质量比 1-3∶9-7称量粘接剂与催化剂，将粘接剂与催化剂混合，通过超声 波分散器分散均匀，将分散好的浆料通过刮涂法印制到聚四氟乙烯防 水透气膜片上，催化剂的载量控制在2毫克-20毫克/cm²，电极的面 积在0.5-5cm²，电极的形状中工作电极由两个半圆形电极组成，一侧 半圆形电极为金催化剂电极，一侧半圆形电极为铂催化剂电极，辅助 电极和参比电极均为圆环形薄膜结构。之后，对电极进行再次清洗， 对清洗后的电极在高纯氮气保护下于100-240℃温度条件中进行烧 结30-60分钟。工作电极、参比电极和两片辅助电极制备工艺一致。

其中半圆型金工作电极仅对硫化氢气体敏感，而半圆形铂工作电 极对硫化氢和一氧化碳气体均有响应信号，这样该传感器测试一氧化 碳与硫化氢混合气体时，在铂工作电极上是两种混合气体的总响应信 号，而金工作电极上是硫化氢气体的响应信号，这样通过差值计算， 就可以在该传感器上同步得到两种气体的响应信号，不但简化了测试 方法，还大大降低了实际应用成本。

具体实施方式