[发明专利]具有纳米碗状阵列结构三相界面的YSZ基混成电位型NO2气体传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种具有纳米碗状阵列结构三相界面的YSZ基混成电位型NO₂气体传感器，依次由带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板、YSZ基板、Pt参考电极和敏感电极组成；参考电极和敏感电极彼此分立且对称地制备在YSZ基板上表面的两端，YSZ基板下表面与带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板粘结在一起；其特征在于：YSZ基板的上表面为钇稳定氧化锆组成的纳米碗状阵列结构，该纳米碗状阵列结构由如下步骤制备得到，

(1)将聚苯乙烯PS微球悬浊液注射到玻璃片表面并使PS微球沿玻璃片慢慢的进入含有表面活性剂的去离子水中，PS微球由于表面张力的作用在去离子水表面形成排列较为整齐的单层PS微球；

(2)使用清洁的硅片将步骤(1)得到的单层PS球转移到盐的水溶液中浸渍2～4小时，排列较为整齐的单层PS球漂浮在溶液表面，在PS球模板的间隙当中浸渍有盐的水溶液；然后使用YSZ基板将浸渍后的单层PS球模板捞出，在常温条件下干燥20～30小时；盐的水溶液为硝酸氧锆和硝酸钇的混合水溶液，硝酸氧锆的浓度为0.01mol/L～0.4mol/L，硝酸氧锆与硝酸钇的摩尔比为22～24：4；

(3)将步骤(2)得到的YSZ基板在800℃～1100℃的条件下烧结1～2小时去除PS球模板，从而在YSZ基板表面得到由钇稳定氧化锆组成的纳米碗状阵列结构；

其中，PS微球的直径为900～1100nm；PS微球悬浊液是将PS微球、乙醇和去离子水按0.08～0.12g：0.5～1.5mL：0.5～1.5mL的比例混合后得到；表面活性剂为十二烷基硫酸钠，表面活性剂与去离子水的用量比例为30～40μL：80～120mL；纳米碗的深度为275～350nm，直径为750～920nm。

2.权利要求1所述的一种具有纳米碗状阵列结构三相界面的YSZ基混成电位型NO₂气体传感器的制备方法，其步骤如下：

(1)制作Pt参考电极：在构筑有由钇稳定氧化锆组成的纳米碗状阵列结构的YSZ基板上表面的一端使用Pt浆制作15～20μm厚的Pt参考电极，同时将一根Pt丝对折后粘在参考电极中间位置上作为电极引线，然后将YSZ基板在90～120℃条件下烘烤1～2小时，再将YSZ基板在1000～1200℃下烧结1～2小时，排除铂浆中的松油醇，最后降至室温；

(2)NiO敏感电极的制作：将NiO敏感电极材料用去离子水调成浆料，质量浓度为5～20％；将该浆料涂在构筑有纳米碗状阵列结构的YSZ基板上表面的另一端制备20～30μm厚的敏感电极，同样将一根铂丝对折后粘在敏感电极上作为电极引线；

(3)将上述制备有参考电极和敏感电极的YSZ基板于800～1100℃下烧结2～3小时，高温烧结时的升温速率为2℃/min～4℃/min；

(4)使用无机粘合剂将YSZ基板下表面和带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板粘结在一起；

(5)将粘合好的器件进行焊接、封装，从而得到具有纳米碗状阵列结构三相界面的YSZ基混成电位型NO₂气体传感器。