（材料学专业论文）氧传感器的性能分析与研究.pdf

摘要 摘要 本文在研究了施主和受主掺杂s r t i 0 3 氧敏材料敏感及导电机理的基础上，对 s r t i 0 3 材料进行了两种掺杂类型的研究，并通过正交实验得出了施主和受主掺杂 的最佳配方。以高温固相合成法和溶胶凝胶法制备了施主掺杂的s r t i 0 3 氧传感 器，并比较了两种制备方法的优劣；以高温固相合成法制备了受主掺杂的s r t i 0 3 氧传感器，并对其工艺进行了摸索，提出了一些改进方案。此外，还根据两种掺 杂类型的氧传感器的性能差异对其应用前景进行了分析。 利用x 光衍射( x r d ) 和扫描电子显微分析( s e m ) 等现代分析手段对所 制备的样品进行了表征。x r d 图谱显示，所制备的掺杂样品均形成了良好的钙 钛矿结构；s e m 图显示，高温固相合成法所制备的样品表面呈多孔状，有利于气 体的吸附，且材料的晶粒尺寸均匀；而溶胶凝胶法容易受到实验环境的影响， 经常出现团聚现象，导致晶粒尺寸较大，气孔率偏低。 测试结果表明，施主掺杂的s r t i 0 3 氧敏材料在高温下有着很好的氧敏性能； 受主掺杂的s r t i 0 3 氧敏材料在中低温环境中，它的应用前景更为现实。 关键词：氧气传感器 s r t i 0 3施主掺杂受主掺杂 a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n gw i t ho u rc o u n t r ye l e c t r i cp o w e re n t e r p r i s e sh i g hs p e e dd e v e l o p m e n t ，t h ee n t e r p r i s e p o w e rl o a de x a m i n a t i o na n dc o n t r o ls y s t e mh a sb e e nu s e di ns o m ea r e a s ，a n dh a sm a d eg r e a t p r o g r e s s h o w e v e r , i nt h eu s i n ge l e c t r i c i t yo fm a n a g e m e n ta s p e c t ，b e c a u s eu s e rq u a n t i t ya r e g r e a t ，r e g i o nd i s t r i b u t i o ni sb r o a d ，t h ej o bo fp o w e rm a n a g e m e n td e p e n d so nt h em a n p o w e r , n od o u b t si n c r e a s e dt h ee l e c t r i cp o w e rc o m p a n yw o r kl o a d ，a n da l s od on o ta c h i e v er e a l l y a u t o m a t i o n m a k eu s eo fp o w e rn e t w o r kt oc o m m u n i c a t i o n ，b u i l d ”p o w e rl i n ec a r r i e rr e m o t e a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gs y s t e m ”，d on o tn e e dt oi n v e s tt h ei n f r a s t r u c t u r ea n dt h ed a i l yl i n e m a i n t e n a n c ec o s t s ，h i g he c o n o m ya n dr e l i a b i l i t y t h i st h e s i sd i s c u s s e s a d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e so ft h ep o w e rl i n ec a r r i e r c o m m u n i c a t i o n ，a n a l y s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fl o w - v o l t a g ep o w e rl i n en e t w o r k ，d i s c u s st h e p r i n c i p l eo fs p r e a ds p e c t r u mc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y t h i st h e s i sd e s i g nap o w e rl i n e c a r r i e rc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yb a s e do nr e m o t ea u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gs y s t e m ，a n d d e s c r i b ei nd e t a i l st h es y s t e md e s i g np r o g r a m ，f o c u so nh a r d w a r ed e s i g na n dt h ef u n c t i o n m o d u l eo f t h em a i ns t a t i o n k e yw o r d s ：p o w e rl i n ec a r r i e rt e c h n i q u ea u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gc o l l e c t o r c o n c e n t r a t o r 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：二垃 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名：墼：地 导师签名：召受益弓 日期鲨! ! ：尘 日期递丝：堑：! ! ： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 氧气不但是维持人体生命活动的必须物质，同时也是工业、农业、能源、交 通、医疗、生态环境等各方面需要空运控制和测量最多的一种物质。比如，在锅 炉控制系统中，通过测量烟气中氧分压的含量，可以推算出烟气中的污染物含量 和煤炭的燃烧程度，然后改变锅炉进气量与出气量进而既节约了燃料，又减少了 污染物排放。 在环境保护监测方面，排放污染气体中氧含量也是一个重要参数，为了监测 排放的气体污染物浓度是否超过规定的排放浓度，需要计算折算浓度，国家环保 规定中的排放浓度是折算浓度。为了计算折算浓度，需要计算污染气体中的含氧 量，进而通过含氧量计算折算系数。 另一方面，随着国家环保力度的不断加大及环保法规的不断完善，污染物排 放控制也随之日益严格和科学化。比如，在国家标准中华人民共和国标准锅炉 大气污染物排放标准g b l 3 2 7 1 2 0 0 1 中，就明确规定了锅炉烟气中烟尘、二氧 化硫和氮氧化物的最高允许排放浓度和烟气黑度的排放限值。然而，通过实地调 研，目前的绝大多数燃煤锅炉基本没有污染物的在线监测和控制手段。 再如，在汽车空燃比控制系统中，也可以通过对汽车尾气中的氧含量的检测， 自动控制进风量的多少，这也是达到了节约能源和减少环境污染的双重效果。 1 1 1 氧传感器简介 用于氧气探测的传感器分为很多种类，有测量气体中氧含量的，有测量溶解 氧含量的，有在大范围内探测的，也有微量氧气测量的，使用的领域很广，在各 个领域内的作用也有所区别。 按工作原理来分的话，主要可以分为三类传感器： 1 、浓差电池型氧传感器 浓差电池型氧传感器是基于固体电解质两边氧分压的差异而产生浓差电势， 其基本结构如图1 1 所示，浓差电势大d , n 用能斯脱公式可得【1 】： e ：r ri n 一昼2 盟 ( 1 - 1 ) 4 f p d 2 ( 兀) 、7 氧传感器的性能分析与研究 式中e 为传感器浓差电势( v ) ，r 为气体常数( 83 1 4 j m o lk ) ，t 是工作温度 f 为法拉第常数，p 0 2 ( i ) 为参比气体氧分压值，p 0 2 ( 1 1 ) ；巳被测气体氧分压值。 2 0 二。c jo z o h l e 图11 浓差电池型氧传感器原理示意 这类氧传感器实用化的有z r 0 2 浓差电池型氧传感器，主要应用于汽车空燃 比控制系统。 2 、极限电流型氧传感器 典型的极限型传感器是二氧化锆极限电流型氧传感器，其结构和特性如图 12 所示。工作原理是在z r 0 2 固体电解质上施加适当电压时，与待测气体有小孔 相连的小室内氧形成的氧离- t ( 0 2 。撤抽到另一侧，这时在电极电路中有电流通 过。增大电压，流经回路的电流随之增大，当电压超过某一数值时，电流达到极 限值，该极限电流大小与继续增加的电压无关，丽与被测环境巾氧分压成正比， 且该极限电流值k 完全决定于氧向小室扩散的速率，并出式( i - 2 ) 决定。 ：一( 4 f 而s d 产o ) 毛( 1 - 2 ) 一( 瓦斗气 式中，f 是法拉第常数；s 为小孔截面积：d 0 2 是氧气的扩散系数：r 为气体 常数( 8 3 1 4 j m o l k ) ；p 血为待测氧分压；t 为工作温度；l 为小孔长度。由上 式可看出极限电流值的大小很好地反映了氧分压的大小。 z - 吐一o ，吐哪氍 凹12 极限电流型氧传感器原理示意图 第一章绪论 3 3 、半导体电阻型氧传感器 半导体电阻型氧传感器具有非常多的优点【2 】，如灵敏度较高、工艺简单、响 应速度快、生产成本低、易于批量生产等。所以越来越受到关注，已有大量的研 究集中在该类氧气传感器上。 基于氧化物半导体电阻型的氧传感器，其基本的敏感机理是氧化物半导体的 电导率对周围气氛中氧分压有很强的依赖性，随着气氛中氧分压的变化，其电导 率也会剧烈变化【3 】【4 j 。 在中低温范围内( 约4 0 0 - 7 0 0 ) ，一般认为敏感机理是基于表面控制方式 1 4 】。其原理是利用氧化物半导体导带电子随着表面化学吸附等一系列反应而变化 的特性。表面上的化学吸附或者催化反应使得材料在表面层的缺陷等状态发生变 化。例如氧化物半导体表面和界面氧分子的化学吸附使得半导体表面和界面形成 了带电荷的氧离子层进而形成了肖特基势垒，因此，表面氧离子浓度以及肖特基 势垒的高度和宽度依赖于周围气氛中的氧分压。图1 3 给出了表面控制方式的两 种情况。两者都有依赖于表面气一固反应( 改变表面或者界面状态) 的表面层， 而区别于其表面层是连续的还是被晶粒间界的势垒所隔断。 ( a ) 连续表面层( b ) 被晶粒间界势垒所隔断的表面层 图1 3 表面控制式气敏传感器模型 利用晶界肖特基势垒而对气体产生敏感性的氧气传感器，其材料一般是属于 多孔状的薄膜或者厚膜材料，这些材料的晶粒只是在表面层重叠的颈部相接触。 图1 4 说明了这种结构，并以n 型氧化物半导体为例，从能带变化方面进行解释。 图1 4 表面控制式品界情况示意图( a ) 耗尽层( b ) 肖特基势垒 4 氧传感器的性能分析与研究 如图1 4 所示，当材料暴露于氧化性气氛中如氧气时，表面的氧吸附就会导 致材料导带的电子被氧原子俘获而定域在材料表面和界面，进而在晶粒表面和晶 界处形成了肖特基势垒，因此材料的电导率降低。此时，材料的电导则取决于晶 界处肖特基势垒的高度( g 哟： 仃。= 仃oe x p ( - q k k r )( 1 - 3 ) 其中，和印分别表示电导率和初始的电导率常数。当材料处于还原气氛如 c o 时，吸附的c o 就会与吸附氧原子o 。( 或者0 2 。) 反应，被定域在表面的电子 就会重新回到导带，从而降低了肖特基势垒的高度和材料的电阻。近年来，许多 研究集中于基于体材料的氧化物半导体材料。其中，t i 0 2 是研究最多的一种材料， 而基于钙钛矿结构的s r t i 0 3 也是众多研究的焦点，本文着重研究后一种材料。 1 1 2 氧传感器的研究现状和发展趋势 近年来，尤其是2 0 0 9 年哥本哈根大会召开之后，使人们越来越关注环保， 低碳也成了普通百姓经常讨论的词汇之一。人们都已经认识到节能减排是与每个 人的生活都息息相关的。另外，随着微电脑和微电子技术的日益普及和应用，对 传感器的性能、数量及用途提出了新的需求，这就使人们更加重视对新型传感器 的开发。其中，氧传感器的研究也成为热点，主要的研究方向集中在以下两个方 面：一是对现有氧传感器性能的改进和优化，比如已经实用化的z r 0 2 氧传感器； 二是寻找结构简单、功能完备、节约成本、利于批量生产的替代产品，比如本文 中研究的s r t i 0 3 氧传感器。 氧传感器的发展趋势，主要有以下几个方面的动向： 1 、努力实现氧传感器新特性 由于自动化生产程度的不断提高，必须研制出一批具有检测范围宽、高灵敏 度、高精度、响应速度快及互换性好的新型传感器，以确保自动化生产检测和控 制的准确性。 2 、确保氧传感器的可靠性，延长其使用寿命 确保氧传感器工作可靠性的意义是很直观的，因为它直接关系到电子设备 的抗干扰和误动作问题。氧传感器的可靠性主要体现在具有较长的使用寿命，能 在恶劣环境下工作及具有失效保险功能等。 3 、传感器微型化 由于薄膜和厚膜型氧传感器具有成本低、性能优异、功耗低等优点，因此受 到了广泛关注。采用溶胶凝胶法、层压发、丝网印刷、沉积等技术制备的氧传感 器均取得了较大成果，元件特性比较均匀，适于批量生产。 4 、新型功能材料的开发 第一章绪论 5 传感器技术的发展是与新材料的研究开发密切结合在一起的，可以说，各 种新型传感器孕育在新材料之中。例如，表1 1 中所列的一些氧化物半导体材料 也都得到了越来越广泛的使用，较之传统的氧敏材料，在微型化，低温化等方面 都取得了一些突破。 表1 1 用于氧传感器的氧化物半导体材料 m a t e r i a l s i 聊渤v 甜u e s 。f 掰 i w o r k i n gt e m p e r a t u r e ( ) t i 0 2- 4 ，- 6 7 0 0 - - 1 0 0 0 s r t i 0 3- 6 ，- 4 ，+ 4 ，+ 3 7 0 0 10 0 0 g a 2 0 34 ，一2 9 0 0 10 0 0 n b 2 0 3- 4 , - 8 7 0 0 1 0 0 0 c e 0 2 - 67 0 0 10 0 0 z r 0 2 4 6 5 0 9 0 0 b a f e n b 9 0 l o 幸 7 2 0 b a t i 7 n b 4 0 2 5 7 2 0 b a f e o 8 h 岛2 0 3 4 0 0 8 0 0 上表中，m 是描述电导率对氧分压依赖关系的一个重要因子，具体解释如下： 根据氧化物半导体的有关理论【4 ，5 】可以得到电导率盯和氧分压p 之间的关系 式： 仃= a e x p ( 一已r r ) p 爱” ( 1 4 ) 其中，历为电导激活能，代表了材料电导率随着温度变化的灵敏度。1 m 的 正负取决于电导的性质，对于p 型电导，1 m 的值为正，对于n 型电导，1 m 的 值为负；i1 mi 反映了在氧分压变化时盯变化的灵敏度，因此，对于氧气传感 器，应选择具有较小已值和较大i1 mi 值的材料，以获得对外界氧分压变化高 的灵敏度。 1 2 氧传感器应用于锅炉控制系统 我国是能源消耗大国，在燃料消耗领域，燃煤占有相当大的比重，主要消耗 方式则是钢铁企业的工业锅炉用煤。在燃煤过程中所产生的污染十分严重，我国 的大气污染物中燃料燃烧产生的污染物约占全部污染物数量的7 0 ，因此燃料燃 烧是产生大气污染物的主要来源，而煤炭则是所有燃料中污染最为严重的一种。 目前，由于我国能源利用方式相对落后、能耗高、利用率低、低空排放以及城市 畸形发展，人口、经济、交通过分集中，是世界上大气污染状况较严重的国家之 6 氧传感器的性能分析与研究 一，城市大气污染尤为突出。 锅炉燃烧过程中所产生的污染物很多，我国的能源消费以煤炭为主，且大部 分直接燃烧，大气污染的特征属于煤烟型。煤烟型污染物有烟尘、颗粒物、硫氧 化合物、氮氧化物、一氧化碳和二氧化碳等。我国北方城市的突出问题是冬季采 暖期的烟尘和硫氧化物、氮氧化物污染。目前经国家环保机构认定的燃煤排放的 主要污染物为可吸入颗粒物、硫氧化合物、氮氧化物和一氧化碳。 燃煤所产生的污染不可忽视，它己严重影响了居民的健康与生活。我国的大 气污染现状主要是由能源结构决定的，以煤为主的我国能源政策在今后的相当长 的时期内不会改变，煤烟型的大气污染是我国大气污染的主要特征。随着我国经 济的持续增长，能源消耗量还将继续增加，因此大气污染的治理是一项长期持久 的重要任务。 另外，锅炉燃烧的热效率也有待提高。包括西安在内的我国燃煤锅炉的热效 率只有6 0 左右，距发达国家锅炉热效率8 0 左右水平还有很大的差距。专家计 算，如果燃煤锅炉的热效率提高1 0 ，仅西安市每年就能节约燃煤达5 0 万吨之 巨，这无疑意义巨大。 过剩空气系数是锅炉运行中非常重要的指标，而且，氧传感器能够在锅炉控 制系统中起到至关作用的原因，即可以通过测量烟气中的氧含量，进而推算出过 剩空气系数。下面是该参数较详细的名词解释。 在实际燃烧过程中，煤中的可燃物不可能与空气中的氧气完全接触，所以必 须多供给一些空气才能完全燃烧，这多供给的一部分空气量称为过剩空气量。通 过化学反应计算，煤完全燃烧所需的理论空气量加上过剩空气量就是燃料燃烧所 需要的实际空气量。实际空气量与理论空气量的比值称为过剩空气系数。 过剩空气系数过高，表示送风太多或者是漏风太多，这样将使烟气量增大， 排烟损失增加，引风机耗电增多，并且使燃烧室的温度降低，对燃烧不利；反 之，过剩空气系数过低，则不能保证燃料的完全燃烧。 因此，过剩空气系数既可以反映出燃烧的经济性，又可以反映出操作运行的 技术水平，是一项燃烧的技术经济指标。锅炉在燃烧的过程中，应在保证燃料完 全燃烧的前提下，尽量减小过剩空气量，控制好过剩空气系数。为了使锅炉保持 最佳燃烧工况，必须使空气量与燃料量的比例合适，这个比例称为过剩空气系数， 对于一般在炉型，该数值应在1 2 0 - - - 1 3 0 之间。 由于目前直接测量和控制过剩空气系数还很困难，所以只能采用间接的测量 方法：因为烟气中氧气含量与过剩空气系数有确定( 单值) 的函数关系，且受燃料 品种变化影响较小，所以通常用连续测量烟气中氧气含量的方法来了解过剩空气 系数，以判断燃烧状况，控制进入炉膛的空气量，维持最佳配风比，实现优化燃 烧。 第一章绪论 7 1 3 氧传感器应用于汽车空燃比控制系统 影响汽车尾气排放的因素很多，其中空燃比是一个很重要的因素。空燃比是 指汽车发动机中实际空气与燃料的质量比。发动机排放尾气中有害气体成分和含 量与空燃比有密切关系。图1 5 给出了尾气成分与空燃比关系。当空燃比在1 6 以下时，随着空燃比的下降，氧气不足，不完全燃烧现象使得c o 、h c 排放增多， n o x 排放减少；当空燃比大于1 6 时，随着空燃比的增大，混合气混合不均匀， 局部缺氧仍有少量c o 生成。与此同时，氧化反应速度慢，燃烧速度下降，使得 h c 排放增加，n o x 排放减少。在理论空燃比附近h c 、c o 排放浓度最小而n o x 排放浓度最大。 霪 o u o 3 0 0 鬈 吼 捌 2 0 0 蜒 霜 m 星 1 01 21 41 61 8 2 02 2 空燃比 图i 5 尾气中c 0 、h c 、n o x 浓度与空燃比关系 为了控制汽车尾气污染排放，在现在的汽车中存在两种利用氧传感器的反馈 控制系统。一种是三元催化系统，图1 6 ( a ) 给出了这样一个系统的示意图。三元 催化装置安装在发动机排气管内，是利用吸附来进行化学反应，反应物质随排气 流扩散接触催化剂表面，进行表面反应。三元催化反应为： 氧化反应：2 c o + d 一2 c 0 2 , 4 h c + 5 d 一4 c 0 2 + 2 1 - 1 2 0 还原反应：2 n o xjn 2 + x 以 c o 和h c 的催化反应需要氧化气氛，而n 0 2 的催化反应需要还原气氛。因 而c o 、h c 以及n 0 2 的转化效率与尾气中0 2 浓度有关，而0 2 的浓度与发动机 内空燃比有函数关系。由图1 6 ( b ) 可知当发动机工作在理论空燃比( a f - 1 4 7 ) 附近时，三元催化转化效率最高。研究表明空燃比必须控制在1 4 6 1 4 8 之间的 8 氧传感器的性能分析与研究 狭窄窗口内。最近有研究表明，当发动机工作在波动的空燃比上时，只要发动机 工作的平均空燃比在理论空燃比处，空燃比波动能加宽选择窗口，并且空燃比波 动频率越高，c o 、h c 和n o x 的转化效率越高；波动幅值越大，窗口越宽。 零 、， 疆 接 端 职 躺撇帕器止叠 一 到裟煽 舳生型障 = = ：= = = = ，i ll 糟油l 封量 l 址 圳一竺一 奈却柬温唐 1 萨 空燃此反馈信号 ( a ) ( b ) 图1 6 ( a ) 带有氧传感器的三元催化反馈控制系统( b ) 三元催化转化效率与空燃比的关 系 另外一种是贫燃系统，应用贫燃系统的目的是在满足排放要求的前提下，提 高燃料利用率，达到既环保又节能。图1 7 给出了贫燃系统的示意图。贫燃系统 中发动机工作在空燃比2 0 之上，这样三元催化装置就不能适用了。图1 8 把贫燃 系统和三元催化系统进行了比较。提高空燃比，可以使得发动机燃油消耗降低 1 0 1 5 ，降低n o x 的排放。当空燃比超过一定值时会使燃烧恶化，因此需要将 空燃比控制在一定范围之内【引。 第一章绪论 图17 贫燃系统 3 一v 7 p y b r o 图l8 贫燃系统和三元催化系统比较 1 4 钛酸锶的结构和特性 14 1s r t i 0 3 材料的微观结构特征 c 0 1 1 l o 氧传感器的性能分析与研究 ( a ) s r t i 0 3 元胞( b ) 晶体中的氧八面体结构 图1 9s r t i 0 3 的结构 钛酸锶材料具有钙钛矿结构( 通式为a b 0 3 ) ，a b 0 3 中a 位离子有1 2 个氧 离子配位，这些氧离子同时又构成b 0 6 共顶点八面体，如图1 9 ( b ) 所示。其结构 的稳定性主要取决于b 0 6 八面体堆积的马德伦能。周期表中超过9 0 的自然金属 元素( 非人造元素) 在结构中是稳定的。化学计量a b 0 3 中a 价态不会高于b 价态， 一般情况，a 代表二价金属离子，b 代表四价金属离子；也可以是a 为一价金属 离子，而b 为五价金属离子。一般要形成钙钛矿结构必须具备a 离子比b 离子 半径大【8 】，结构中a 和b 的半径分别为r a 0 0 9 0 n m ，r b o 0 5 1 n m 。但纯的钛酸 锶电阻大、灵敏度低、响应时间长、在氧分压范围1 0 1 0 4 p a 之间存在n p 转换， 这对用于稀薄燃烧的传感器的制备是不利的，故应通过受主掺杂等办法进行 a b 0 3 的p 型半导化，或者通过施主掺杂进行n 型半导化。在给定b 离子后，根 据a o 和b o 键长的最佳比，a 离子半径比b 离子半径大，掺杂元素要满足下 式： o 7 5 l a 。 这样，根据正交实验确定出了n 型掺杂的最佳配方，就可以根据这个最佳配 方制备出性能良好、重复性较高的s r t i 0 3 氧敏元件。 除了灵敏度，样品的阻值也是本文中需要特别关心的一个因素。因为如果阻 值过大，将影响后续电路的搭配，以致无法实用。图3 1 给出了群1 、群3 、撑5 和群7 四组样品在6 0 0 8 0 0 的阻温特性。 从图中可以发现，随着温度的升高，样品阻值逐渐降低。当温度高于7 0 0 时，样品阻值仅为几十k q 。虽然在实验中也会有出现高温下阻值较低的情况， 但并不稳定，这里的几组数据均是重复性较好的配方。当温度在6 0 0 左右时， 阻值一般都较大，约为十几m q 。 氧传堪器的性能分析与研究 图3l 固相法制备氧敏元件的阻温特性 3 4 溶胶凝胶法制备1 2 型s r t i 0 3 氧敏元件 溶胶一凝胶法制各的粉料颗粒尺寸较小，分布均匀，且具有更高的表面活性， 因此许多场合下可以利用溶胶凝胶法制各粉科来提高元件性能。本实验进行 s o l - g e l 制备氧敏元件，主要是为了比较两种不同制各方法在制备应用于高温下的 氧传感器的性能。此处选择跟高温同帽法相同的配方。 实验起初发现，溶胶凝胶法制备的氧敏元件的性能重复性较差。后来在制备 过程中，控制溶胶的p h 值为2 - 3 ，对改善氧敏元件性能的重复性有较大的作用。 由表3 8 中测试数据可以看出，在灵敏度大小、元件电阻