[发明专利]一种多气体传感器

权利要求书

1.一种多气体传感器，其特征在于，包括感测电极层、固体电解质层、内参比电极层和密封层；

所述感测电极层至少包括两个间隔设置排列成行的感测电极，各个感测电极对应设置有感测电极集流层和感测电极导线引脚，所述感测电极导线引脚的一端通过引线与对应位置上的感测电极集流层连接，另一端通过引线向所述传感器外延伸形成引出端，所述感测电极集流层用于收集感测电极产生的电信号；

所述固体电解质层至少包括一层电解质，所述感测电极与所述内参比电极被所述固体电解质层隔离，分布于所述固体电解质层的对侧；

所述内参比电极层至少分布设置一个内参比电极，各个内参比电极对应设置有内参比电极集流层和内参比电极导线引脚，所述内参比电极导线引脚一端通过引线与内参比电极集流层连接，另一端通过引线穿过密封层向外延伸形成引出端，所述内参比电极集流层用于收集内参比电极产生的电信号；

所述固体电解质层在所述内参比电极侧的表面上还设置有密封层，使所述内参比电极置于密封层内，用于密封内参比电极并与外界无可察觉的气体交换；所述内参比电极由二元混合物M/MO、氧离子导体材料和高熔点氧化物组成；所述二元混合物M/MO为镍/氧化镍、钴/氧化钴、铁/氧化铁、铑/氧化铑、铟/氧化铟、锡/氧化锡、铅/氧化铅、铜/氧化铜、钯/氧化钯、钨/氧化钨、钛/氧化钛、钒/氧化钒、铬/氧化铬、锰/氧化锰、锌/氧化锌、铌/氧化铌、钼/氧化钼、钌/氧化钌、银/氧化银、镉/氧化镉、锑/氧化锑或铱/氧化铱；

所述感测电极导线引脚和内参比电极导线引脚的引出端分别与同一电压表的两接线端连接；

所述多气体传感器采用以下步骤制得：

1）制备固体电解质：取电解质材料，采用球磨工艺、流延工艺和叠层工艺制备出电解质素坯并在1100℃以上的高温进行烧结，即制备得到固体电解质薄片；

2）制备内参比电极浆料：称取金属氧化物、氧离子导体材料与高熔点氧化物粉体，然后加入粘结剂和分散剂后球磨，即制得内参比电极浆料；

3）制备感测电极浆料：称取感测电极粉体，然后加入粘结剂和分散剂后球磨，即制得感测电极浆料；

4）采用丝网印刷工艺在固体电解质基体的表面印刷内参比电极浆料，并在1000℃以上的温度烧结形成内参比电极，然后在所述的内参比电极表面印刷集流层和导线引脚，烘干后采用玻璃材料或陶瓷材料对内参比电极进行密封，形成密封层，并在850~1000℃烧结；

5）采用丝网印刷工艺在固体电解质的另一表面与所述内参比电极相对应的位置印刷不同感测电极浆，形成感测电极，烘干后在高温炉中700~1400℃烧结；待烧制完成后，再将感测电极集流层和导线引脚印刷在感测电极表面并在500~600℃烧结，即得到芯片生坯；

6）后处理：将步骤5）得到的芯片生坯放入500~700℃的空气氛围中，采用恒电势电化学还原的方式对内参比电极中的金属氧化物进行部分还原形成M/MO二元混合物，即制备得到所述多气体传感器。

2.根据权利要求1所述多气体传感器，其特征在于，所述传感器所检测的气体包含有氧分子和至少一种分子结构中含有氧元素但不是氧分子的非氧气态化合物。

3.根据权利要求2所述多气体传感器，其特征在于，所述非氧气态化合物为硫氧化物（SOx）或二氧化碳，所述硫氧化物的感测电极结构致密并至少含有一种硫酸盐；所述二氧化碳的感测电极结构致密并至少含有一种碳酸盐；所述硫酸盐为Li₂SO₄、Na₂SO₄、BaSO₄和CaSO₄中的一种或多种；所述碳酸盐为Li₂CO₃、Na₂CO₃、BaCO₃和CaCO₃中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述多气体传感器，其特征在于，所述氧离子导体材料为氧化锆基固溶体、氧化铈基固溶体、氧化铋基固溶体、氧化钍基固溶体或氧化铪基固溶体；所述高熔点氧化物为MgO、Al₂O₃、CaO和ZnO中的一种或几种。