长时间暴露在高浓度NO2的环境中会对人体的呼吸系统造成伤害，严重的还会导致肺水肿，很多对汽车尾气排放控制系统的研究取得了一定的进展[1]。但是对于环境中低浓度NOx的检测也很有必要。环境中NOx的主要排放源是各种燃料发电设施，以NO的形式排放出来，在空气中部分被氧化，形成NO2，同时部分的NO2又被还原成NO，形成一个动态循环。因此迫切的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，现有的测试环境浓度下NOx的方法是盐酸萘乙二胺分光光度法，就是取样后带回实验室进行测试，但这种方法虽然准确度高，却耗时长、效率低而且成本高。不能对NOx浓度变化进行实时的监测。

到目前为止，各种基于半导体氧化物、有机薄膜和固体电解质气体传感器已被开发。其中，固体电解质型传感器具有灵敏度高、响应速度快、选择性和重现性好等优良的传感性能。对固体电解质传感器，大部分研究集中在基于氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）和钠超离子导体（NASICON）。总的来说，YSZ传感器在高温度下操作（600–800℃），由于其灵敏度低，功耗高，所以它似乎不适合检测大气环境中的气体。与YSZ传感器相反，NASICON混合电位型传感器一般都是在相对较低的操作温度范围内（100–500℃），此外，具有新的传感性能，因此更适用于检测大气环境中的有害气体。钠（Na）超离子导体（NASICON）是需要快速离子导电的固态电化学应用的有趣候选者。

表1.1 有毒气体检测的国家安全标准

气体种类 气体类型 立即致死量/ppm 空间允许最大值/ppm 大气允许最大值/ppm

一氧化碳 CO 1500 24 2.4

氯气 Cl2 30 0.32 0.032

氨气 NH3 500 39.52 0.26

甲醛 CH2O / 0.06 0.06

一氧化氮 NO 100 / 0.090

氯化氢 HCl 1300 9.21 0.031

乙醛 C2H4OH / 183.27 22.9

表1.2易燃气体检测国家安全标准

气体种类 分子式 爆炸下限（LEL）% 爆炸上限（LEL）% 煤矿中安全浓度/ppm

一氧化碳 CO 12.5 74 24

甲烷 CH4 5 15 7500

氢气 H2 4 75.6 5000

硫化氢 H2S 4.3 45 6.6

乙醇 C2H5OH 3.4 19 /

氨气 NH3 15 30.2 40

苯 C6H6 1.2 8 /

丙酮 CH5COCH5 2.3 13 /

甲醛 HCHO 7 73 /

乙炔 C2H2 1.5 100 /

乙烷 C2H6 3 15.5 /

丁烷 C4H10 1.9 8.5 /

有害气体检测是气体传感器的一大作用，而有害气体的检测有两个目的，第一是测爆，第二是测毒。所谓测爆是检测危险场所的可燃气体含量，超标报警，以避免爆炸事故的发生，测毒是检测危险场所的有毒气体含量，超标报警，以避免工作人员中毒。有害气体有三种情况：第一无毒或低毒可燃；第二是不燃有毒；第三可燃有毒。针对这三种不同的情况，一般我们需要选择不同类型传感器。例如测爆选择可燃气体检测报警仪，测毒选择有毒气体检测报警仪等。其次还需要选择固定式气体传感器或者便携式气体传感器。在生产或贮存岗位长期运行的泄漏检测选用固定式气体传感器；其他类似检修检测、应急检测和巡回检测等会选用体积较小的便携式气体传感器。

NASICON基电流型传感器可以监测ppb级别的NOx[2]。本次课题通过高温烧结合成了较高性能的NASICON粉体并对粉体进行了表征，经过预压、等静压成型将粉体制成NASICON基片，通过二次烧结、埋粉、丝网印刷等手段与PTC片集成电流型气体传感器，该传感器可以对NO2有很好的响应，响应时间短，响应结果可靠性高并且抗干扰能力较强。并通过对比不同工作电压下传感器对NO2浓度呈梯度变化时的响应结果，得出该传感器的最佳工作电压是-300mV。

1.2 气体传感器

气体传感器就是一种对空气中的某种气体成分和其浓度进行感知的一种装置或者器件，也可以称它为一种气体敏感元件。它可以将检测到的气体的种类及其浓度等信息转化成为电信号。气体传感器的种类有很多，分类方法也有很多，从工作原理这个层面大致可以分为以下三种类型[3]：（具体分类见表1.3）