[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

摘要

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及使用PS微球为模板经过含有锆、钇离子溶液浸渍、烧结后，在YSZ基板表面制备出纳米碗状阵列结构，并以其为基板制作成混成电位型NO2气体传感器，该传感器主要用于汽车尾气的检测。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；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。本发明利用PS微球模板法制备构筑有纳米碗状阵列结构的YSZ基板为电解质，其表面的纳米碗状阵列结构提高待测气体与电解质的接触，增加反应活性位点，达到提高传感器灵敏度的目的,另外，由于纳米碗状阵列结构具有疏水特性，传感器的耐湿性有很大改善。如附图1所示。

主权项

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。