第0卷l第7期issm1001053x19乳01景1科技大学学报 Vol.20 No.I 1998年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.1998 新型二氧化硫传感器的制备* 王岭 孙加林 李联生 洪彦若 北京科技大学应用科学学院，北京100083 摘要制成一种新型无参比电极，由NAS1CON和YSZ2种固体电解质及Na,SO,辅助电极构成 的二氧化硫传感器.实验结果表明，该传感器对二氧化硫产生mst响应.由于这种传感器采用了 平面结构，参比电极和工作电极处于相同气氛中，消除了氧气的影响和密封问题这种结构有利于 传感器的微型化和多组元复合传感。 关键词SO,传感器；NASICON固体电解质；YSZ固体电解质 分类号TQ150.7 70年代以后，受氧化锆基固体电解质氧传感器的启发，人们相继用碱金属硫酸盐(K,SO, NaSO,LiSO,),NASICON(Na Zr,Si,,PO)及B-氧化铝固体电解质制成二氧化硫传感器1-). 这类传感器大多数是以气体为参比电极，难于实际应用；有些虽然使用了固体参比电极，但工 作电极和参比电极室必须严格分开，因而对密封和电解质的致密性要求苛刻.用两相共存的 77%Li,S0,(摩尔分数)Ag,SO,固体电解质传感器具有结构简单，操作方便，长期工作稳定性 好等优点向，但仍存在需同时测量氧分压，工作温度范围小，应答时间长等缺点，文献[)]在 YSZ管中熔人NASICON再附上一层Na,SO,制成了SO,传感器，但未系统进行研究.为了便 于传感器的微型化和多元复合，在上述工作的基础上，我们制成了平面型$O,传感器并对这 种传感器进行了较为深人的研究， 1 实验方法 1.1固体电解质的制备 NASICON固体电解质是以Na,CO,SiO,ZO,和NH,H,PO,为原料，使用文献[8]所述的 方法制备，按比例称取的原料放入球磨罐中以无水乙醇为介质球磨10h后分别在470和 】270K煅烧10h,每次煅烧后都要重新球磨，然后将粉末压成直径13mm、厚度2mm的圆 片，最后将其放人铂坩埚埋在同样组成的粉中在1500K烧结10h.X射线分析表明电解质 只含有NASICON单相.Y,O,稳定的ZO,电解质是由共沉制备的超细粉压片后，在1823K烧 结5h制成的.Na,SO,辅助电极材料的制备方法是，将Na,SO,细粉和金粉按1：2的比例充分混 合后压片，然后在1073K下烧结10h. 1.2传感器的制备 SO,传感器的结构如图1所示.NASICON片和ZO,片通过在1250℃左右烧结结合在一 起.在制作过程中一定要控制合适的烧结条件保证2种电解质紧密结合，多孔的铂作为对电 1997-10-15收稿王玲男，35岁，副教授，博士 ◆国家自然科学基金资助课题(No.59582004)第2 0卷 1 9 98 年 第 l期 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i t y o f cS i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g V o l . 2 0 N o . l F e b . 19 9 8 新型 二氧化硫传感器的制备 * 王 岭 孙加林 李联生 洪彦若 北京科技大学 应用科 学学 院 , 北京 10 0 0 8 3 摘要 制成一种新型无参 比电极 、 由 NA sI C O N 和 Y S Z Z 种 固体 电解质及 Na Z S0 4 辅助 电极构成 的二氧化硫传感器 . 实验结果表明 , 该传感器对二氧化硫产生 Ne m st 响应 . 由于这种传感器采用 了 平面结构 , 参 比电极 和工作 电极处于 相同气氛 中 , 消除了 氧气 的影响和 密封 问题 . 这种结构有利于 传感器的微型化和 多组元 复合传感 . 关键词 5 0 2传感器 ; NA S IOC N 固体 电解质; Y S Z 固 体电解质 分类号 T O 1 5 0 . 7 70 年代 以 后 , 受 氧化 错基 固体 电解质 氧传 感器 的启 发 , 人们 相继 用碱 金属硫 酸 盐 (凡 S q , 叽S q , izL S O .), N A IS C O N( aN 3 rz isz PO 1 2 )及户氧化 铝 固 体 电解 质 制成 二 氧化 硫 传感 器〔, 一 ” . 这类传感器大 多 数是 以气体 为参比 电极 , 难 于实 际应 用 ; 有 些虽 然使 用 了 固体 参比 电极 , 但 工 作 电极和 参 比电极 室 必须 严格分 开 , 因而 对密 封和 电解 质 的致 密性要 求 苛刻 . 用 两相 共存 的 7 % 从5 0 式摩 尔分 数 ) A g Z S q 固体 电解 质传感 器具 有结 构 简单 , 操作 方便 , 长 期工作 稳 定性 好等 优点 l6] , 但仍存 在 需 同时 测量 氧 分 压 , 工 作温 度 范 围小 , 应答 时 间长 等缺 点 . 文 献 【7] 在 Y sz 管 中熔人 N A SCI O N 再 附上 一层 叽S q 制成 了 5 0 2 传感 器 , 但未 系统 进行研 究 · 为了 便 于传 感 器 的微 型化 和 多元 复合 , 在上 述工 作 的基 础上 , 我 们制 成 了 平 面型 5 0 2 传 感器 并 对这 种 传感器 进行 了较 为深人 的研 究 . 1 实 验方法 1 . 1 固体 电解质的制备 N A S CI O N 固体电解质是 以 啊C O 3 , 51 0 2 , Z rD Z 和 NH 4从P O ; 为原料 , 使用文献 [8] 所 述的 方 法 制备 . 按 比例 称取 的 原 料 放人 球 磨 罐 中 以 无 水 乙 醇 为 介 质 球磨 10 h 后 分别在 4 70 和 1 27 0 K 锻烧 10 h , 每 次锻 烧后 都要 重 新球 磨 . 然后 将 粉末 压 成 直径 13 ~ 、 厚度 2 ~ 的 圆 片 , 最 后 将其 放 人 铂 柑祸 埋在 同样 组 成 的粉 中 在 1 5 0 K 烧 结 10 h . X 射 线 分析 表 明电解质 只 含有 NA SI C O N 单 相 · Y Z O 3稳定 的 、 Z心 2电解 质是 由共沉 制 备 的超细 粉压 片后 , 在 1 8 23 K烧 结 s h制 成 的 . aN Z S O 4辅助 电极材 料 的制备 方法是 , 将 恤5 0 ; 细粉 和金 粉按 1 : 2 的 比例充分混 合后 压 片 , 然后 在 1 O73 K 下烧 结 10 h L Z 传感 器的制备 5 0 2 传 感 器 的结构 如 图 1 所示 · NA SCI O N 片和 Z 心 2 片通 过在 1 25 0 ℃左右烧结结合在一 起 . 在 制作 过 程 中 一定 要控 制 合适 的烧结 条件 保 证 2 种 电解 质 紧密结合 . 多孔的铂作为对电 19 97 一 10 一 15 收稿 王 玲 男 , 35 岁 , 副教授 , 博士 * 国 家 自然科学基金 资助 课题 ( oN . 5 9 5 8 2 0 0 4) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 01. 011