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氧化锆基NOx传感器NiO电极材料的制备工艺和性能研究
| 论文题名： | 氧化锆基NOx传感器NiO电极材料的制备工艺和性能研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;氧化锆基氮氧化物传感器;电极材料;制备工艺;性能测试 |
| 摘要： | NOx(NO2和NO的混合气体)是形成光化学烟雾和酸雨的主要大气污染物。绝大部分的NOx来自于汽车排放的尾气。随着环境保护要求的提高和对燃料燃烧效率的关注,各个国家和地区都重新制定了汽车尾气排放法规,对尾气NOx的排放要求越来越严格。这就使得NOx传感器的开发刻不容缓。氧化锆基NOx传感器具有力学、热学和化学稳定性良好等优点,并且能在高温恶劣环境条件下长期工作,是当前的研究热点。 本文采用NiO、Ni和YSZ作为原始粉体制备了NOx传感器NiO敏感电极浆料,研究浆料配方对流变性的影响、不同工艺和原料配比对电极/电解质共烧匹配性的影响。以NiO(YSZ)作为敏感电极,Pt作为参比电极,YSZ作为固态电解质,制备了传感元件,研究了不同温度下其对NO的敏感性。并对传感元件的电化学阻抗谱进行了分析。 研究了电极浆料的制备工艺、流变学特性。结果表明:固相含量为70wt.％时浆料显示出假塑性行为。随着 YSZ添加量的增加,浆料的粘度不断增大。且浆料粘度均随温度升高而降低。NiO浆料的粘度随时间增加变化不明显,较稳定;而Ni浆料的粘度随时间增加先减小后趋于稳定。 研究了工艺和原料配比对电极和电解质的共烧匹配性的影响。结果表明:采用NiO粉末直接烧结的电极致密,有裂纹,而采用Ni粉末经过反应烧结制备的NiO电极疏松多孔,无裂纹。在浆料中添加YSZ后1400℃烧结得到的电极疏松多孔,细小的YSZ颗粒均匀分布在NiO中,形成了大量的复相界面。YSZ具有明显的阻碍NiO晶粒长大的作用。同时YSZ渗透到NiO电极中形成机械锚定,增强了电极与基底界面附着,增加了三相界面的数量和长度。 研究了NiO(YSZ)/YSZ/Pt传感元件的敏感性。结果表明:采用NiO浆料制备的电极致密,不易形成三相界面,对NO的电势响应不高。而采用Ni反应烧结制备的电极疏松多孔,增加了电极和电解质界面的三相界面的数量和长度,从而增加了电极对NO的电势响应值。添加10vol.％YSZ的NiO浆料制备的电极,表现出最高的电势响应。其次为添加量为5vol.％的NiO浆料和未添加YSZ的Ni浆料制备的电极。 研究了传感元件在不同气氛中的电化学阻抗谱,并对阻抗谱数据的拟合获得等效电路图。结果表明:NiO(YSZ)电极体系的等效电路为Rs((WQ)Rp),Ni(YSZ)电极体系的等效电路为Rs(QRp)。Rp代表反应活化阻抗,利用Rp表征元件的敏感性与敏感性测试结果一致。 |
| 作者： | 王敏 |
| 专业： | 材料学 |
| 导师： | 肖建中 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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