[发明专利]一种用于测定氮含量的电化学传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于测定氮含量的电化学传感器，其包括：固体电解质层，所述固体电解质层以MgO掺杂的氧化锆MgSZ为基体材料；辅助电极层，所述辅助电极层以氮离子取代MgSZ中部分氧离子形成的氮掺杂的MgO稳定的氧化锆，即MgNSZ为基体材料。本发明还进一步包括所述电化学传感器的制备方法，是在已制成的MgSZ固体电解质的表面利用激光表面氮化处理技术，使该MgSZ固体电解质表面形成一定厚度的MgNSZ辅助电极层，不仅工艺简单，MgNSZ辅助电极层致密无气孔、且与MgSZ固体电解质基体结合牢固，相容性好，界面电阻小，因而借助所述制备方法有助于进一步获得性能优异的氮传感器。

技术领域

本发明涉及电化学传感器技术领域，尤其是一种用于测定氮含量的电化学传感器及其制备方法。

背景技术

在线精确测量钢液中的氮含量是钢铁冶金过程中一项至关重要的任务。有研究者曾用AlN作为固体电解质制备氮传感器，但因其在高温下具有较高的电子导电性(固体电解质应尽量具有较高的离子导电性而非电子导电性)和易氧化性未能成功应用于实际生产中。洪彦若等人用三相化合物β-Al₂O₃+α-Al₂O₃+AlN作为固体电解质，金属-金属化合物作为参比电极，研制了氮传感器，测定了Fe-Mn-N和Fe-Mn-V-N合金中的氮活度，实验结果呈现较好的规律性。然而，该现有技术是通过多相化合物制备传感器，不仅制备过程较复杂，各化合物之间可能会存在相容性差、相互排斥的问题，带来较大的内阻。此外，该电池反应过程相对复杂，容易产生工作性能不稳定的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了克服上述技术问题，本发明的目的是提供一种新型的用于测定氮含量的电化学传感器，不仅具有优异的抗热震性、且电化学传感器中所含化合物相数较为单一，避免产生相容性差的问题，且该电化学传感器中的电池反应过程较简单，因而是一种性能更优异的氮传感器，特别适合用于钢铁冶金过程中氮含量的在线测定。

此外，本发明还涉及一种用于测定氮含量的电化学传感器的制备方法，利用激光表面氮化处理技术在MgSZ固体电解质基体表面形成氮掺杂的MgO稳定氧化锆MgNSZ的辅助电极层，再配合参比电极组成氮传感器。所述制备方法工艺简单，MgNSZ辅助电极层致密无气孔、且与MgSZ固体电解质基体结合牢固，相容性好，具有很小的界面电阻，因而借助本发明的制备方法有助于进一步获得性能优异的氮传感器。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种用于测定氮含量的电化学传感器，其包括：

固体电解质层，所述固体电解质层以MgO掺杂的氧化锆MgSZ为基体材料；

辅助电极层，所述辅助电极层以氮离子取代MgSZ中部分氧离子形成的氮掺杂的MgO稳定氧化锆MgNSZ为基体材料。

根据本发明一个较佳实施例，还包括参比电极层，所述参比电极层为金属单质-金属化合物为基体材料。

根据本发明一个较佳实施例，所述参比电极以Cr₂O₃和Cr混合粉末为基体材料。

本发明还包括一种用于测定氮含量的电化学传感器的制备方法，其包括如下操作：

制备MgSZ固体电解质层；

表面氮化处理：利用激光表面氮化处理技术，对所述MgSZ固体电解质层的一侧表面氮化处理，原位生成以氮离子取代MgSZ中部分氧离子而形成的氮掺杂的MgO稳定氧化锆，即MgNSZ辅助电极层。

根据本发明一个较佳实施例，还包括参比电极层的制备：在所述MgSZ固体电解质层的另一侧表面涂布金属单质-金属化合物粉末材料。