摘要:随着当今社会经济的飞速发展，汽车和大型燃料发电设备将各种有害气体不断的排放到大气中，导致了严重的环境污染。NOx占了很大一部分，空气中NOx气体的含量过高会对人体的呼吸系统造成伤害，甚至会导致肺水肿。本文利用高温固相法制备了具有较高纯度的NASICON前驱粉体，对粉体进行了表征，然后经过压片、烧结、打磨抛光和丝网印刷等过程，与PTC片集成气体传感器，该传感器采用了NaNO2作为钠盐电极材料。之后利用电化学工作站对制作而成的传感器进行了测试，通过改变工作电压探究了传感器的电流响应与NO2浓度的关系，实验结果显示以NaNO2为敏感电极材料的气体传感器器件对NO2有很好的响应，当NO2浓度呈梯度增大时，响应电流也随之增加，且该气体传感器的最佳工作电压是-300mV。

关键词：NASICON；电流型传感器；NO2

Study on the preparation and performance of NASICON integrated sensor

Abstract: With the rapid development of today's society and economy, vehicles and large fuel power generation equipment continuously discharge all kinds of harmful gases into the atmosphere, causing serious environmental pollution. NOx is a large part of it, high  concentration of NOx in the atmosphere can cause harm to the respiratory system and even cause pulmonary edema. In this paper, a high purity NASICON precursor powder was prepared by high temperature solid state method,Then after pressing, sintering, polishing and screen printing process, Integrated gas sensor with PTC chip, The sensor uses NaNO2 as a sodium salt electrode material. Then, the sensor was tested by electrochemical workstation. The relationship between the current response of the sensor and the concentration of NO2 was investigated by changing the working voltage. The experimental results show that the gas sensor device with NaNO2 as the sensitive electrode material has a good response to the NO2. When the concentration of NO2 increases, the response current also increases, and the optimum operating voltage of the gas sensor is -300mV.

Key words: NASICON;amperometric sensor; NO2

目录

1 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 气体传感器 3

1.3 气体传感器的发展方向 5

1.4 NASICON电流型传感器 6

1.4.1 NASICON基固体电解质 6

1.4.2 NASICON基电流型传感器的研究现状 8

1.5 本课题研究内容和意义 9

1.5.1 研究内容 9

1.5.2 研究意义 10

2 实验材料与方法 11

2.1 实验仪器与药品 12

2.2 实验方法 13

3 实验结果与讨论 14

3.1 NASICON粉体的表征 14

3.1.1 XRD物相分析 14

3.1.2 粒度分析 15

3.1.3 热重分析 15

3.1.4 扫描电镜分析 16

3.2 NASICON样片的制备和表征 17

3.2.1 制备步骤 17

3.2.2 NASICON基片的SEM表征 17

3.3 电流型传感器的结构与敏感机理 18

3.3.1 器件结构 18

3.3.2 敏感机理 19

3.4 传感器性能测试 19

3.4.1 实验测试系统 19

3.4.2 测试结果 19

4 结论 21

致谢 22

参考文献 23

1 绪论

1.1 研究背景

随着世界人口的增加和工业化进程的加快，大量的有害气体（CO2、SOx、NOx、H2S、NH3、CO等）从发电中排放出来。供热、冶金、化工生产和机动车辆造成严重的大气污染，如温室效应、酸雨、光化学烟雾等环境灾害。因此，迫切需要高性能的环境气体传感器来检测和监测这些有害气体。国家对于有毒气体和易燃气体的浓度有着严格的标准规范，具体要求值可见表1.1和表1.2所示，可以看出对空气中有害气体的检测是多么重要。由此一种用来检测空气质量和进行空气成分分析的仪器应运而生，而这种仪器中最重要的工作器件就是气体传感器。

随着我国的城市化、工业化进程不断加快，我国经济得到了快速的发展，人们的生活水平也不断的提升。但同时面临着能源快速的消耗和环境污染严重等问题，其中，大气污染是人们最关注的问题之一。造成空气污染的人类活动主要有两类：一是工业和制造业的排放；包括废物焚化炉、制造业及发电厂排放高浓度的一氧化碳、有机化合物等化学物质进入空气。二是化石燃料的燃烧；汽车、卡车、火车、轮船、飞机等交通工具都是通过燃烧大量的化石燃料工作，这也是在这个交通发展迅速的时代造成空气污染的主要原因之一。NOx和SOx向空气中的大量排放导致了光化学烟雾和酸雨，造成了牲畜和农作物的大面积死亡。CO的大量排放也造成了温室效应，导致全球变暖气温升高，破坏了自然规律。近年来我国一二线城市更是受雾霾天气影响，造成了人们生产和生活上的不变，同时这些对人类的健康状况产生了威胁。