王晓波,雷远进,申梅桂,张宏霞

(1.西宁风洁环保科技有限责任公司,青海 西宁 810003;2.昆明贵研铂业股份有限公司,昆明 650106;3.黄河水电公司青海新能源分公司,青海 西宁 810007)

CO2气体传感器的应用涉及到工业、农业、养殖、渔业、医疗卫生、食品安全、环境保护等各个方面。开发出性能良好的CO2气体传感器以便于对环境中CO2浓度进行快速准确的检测已成为气体检测领域的研究热点之一,具有非常重要的现实意义。

自从1977年Gauthier[1]首先采用K2CO3固体电解质制备了CO2传感器以来,固体电解质型CO2传感器因其优异的特性,引起了科研人员的重视。1987年Maruyama[2]等人报道了以Na+离子导体NASICON为固体电解质材料,以Na2CO3为敏感电极辅助相(辅助电极),参比电极用Cu2O,CuO制备的小管头式CO2传感器,在一定温度下,传感器电动势值能很好的与能斯特方程相吻合,但存在平衡时间长、受环境中水蒸气影响大、输出信号不稳定、数据缺乏规律性等缺点。1990年Sheng Yao[3]等人报道了以Na+离子导体NASICON为固体电解质材料,BaCO3-Na2CO3二元碳酸盐共晶复合物作为辅助电极制备的电势型CO2气体,相对于单纯以Na2CO3作为辅助电极制备的传感器具有以下优点:电动势值在温度为823 K,气体浓度范围4 ppm～400 000 ppm条件下能很好的与能斯特方程相吻合;响应时间由原来的数分钟缩短到8 s;抗水蒸汽性能及信号稳定性显著提高。此后,Sheng Yao及Leonhard等人又对其他二元碳酸复盐作为辅助电极的情况进行了一系列深入的研究和报道[4-5],从而大大推进了该类传感器的实用化进程。

1 传感器原件制作及原理

1.1 电化学原理

对基于Na+导体固体电解质材料(如NASICON、Na-β-Al2O3等等)设计的CO2传感器[6-9],常用Na2CO3作为敏感电极辅助相。……