電子功能材料及元器件：固體電解質(zhì)NASICON材料

1、固體電解質(zhì)NASICON氣體傳感器固體電解質(zhì)NASICON材料NASICON(Na+ Superionic Conductor)是一類(lèi)在燃料電池、化學(xué)離子敏感電極、電化學(xué)傳感器等領(lǐng)域具有廣泛而重要的應(yīng)用價(jià)值的固體電解質(zhì)材料，屬于高溫陽(yáng)離子固體電解質(zhì)。一般稱鈉離子快速導(dǎo)體，其傳導(dǎo)離子Na+的離子電導(dǎo)與材料的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 近年來(lái)該類(lèi)材料的制備與性能研究一直是物理學(xué)家和化學(xué)家所關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)課題，以其為基礎(chǔ)制備的SO2、CO2、NOx等固體電化學(xué)式傳感器是當(dāng)前惰性氣體傳感器開(kāi)發(fā)中一個(gè)具有很好應(yīng)用前景的器件形式. NASICON 材料的化學(xué)式為Na3Zr2Si2PO12,是NaZr2P3O12Na4

2、Zr2Si3O12固溶系統(tǒng)中的一員。該系統(tǒng)的組成通式為 Na1+xZr2SixP3-xO12 。NASICON化合物的三維骨架結(jié)構(gòu)如圖所示。 NASICON化合物的結(jié)構(gòu)是由ZrO6八面體與PO4或SiO4四面體共同形成的骨架結(jié)構(gòu)。八面體與四面體構(gòu)成骨架后，形成三維的骨架間隙，這些間隙構(gòu)成通道，Na+離子位于骨架間隙之間，因而能沿著這些間隙所構(gòu)成的三維通道各向同性的傳導(dǎo)，所以具有較高的離子傳導(dǎo)效率。一、NASICON材料的制備 1 高溫固相法 高溫固相法是比較傳統(tǒng)的制備N(xiāo)ASICON材料的方法。以Na2CO3，ZrO2，SiO2，NH4H2PO4為原料的反應(yīng)方法, 或采用Na3PO412H2O,

3、 ZrSiO4, SiO2為原料制備N(xiāo)ASICON材料。2 溶膠凝膠法溶膠凝膠法（硝酸回溶）制備N(xiāo)ASICON材料的工藝流程 二、固體電解質(zhì)CO2氣體傳感器的研制 由于環(huán)保、技術(shù)和科學(xué)上的原因，近十余年來(lái)對(duì)固體電解質(zhì)CO2氣體傳感器的研究，引起科學(xué)界巨大的興趣，研究工作屢見(jiàn)報(bào)道。固體電解質(zhì)CO2傳感器的原理最初是由加拿大的Gauthier于1977年提出來(lái)的但不能實(shí)用化。1990年日本山添等人報(bào)道了用NASICON材料,電極采用BaCO3-Na2CO3復(fù)合碳酸鹽,才大大推進(jìn)了CO2傳感器的實(shí)用化進(jìn)程. CO2氣體傳感器的敏感機(jī)理 由于NASICON材料的載流子Na+與被測(cè)氣體CO2生成的離子不同，故需要在電極界面增加輔助（敏感）電極，使固體電解質(zhì)的導(dǎo)電離子與被測(cè)氣體之間能夠建立化學(xué)平衡。固體電解質(zhì)CO2傳感器可以看作化學(xué)電池，其結(jié)構(gòu)為： 在離子導(dǎo)體上增加不同的輔助電極構(gòu)成檢測(cè)不同氣體的傳感器的結(jié)構(gòu)，大大擴(kuò)展了傳感器的種類(lèi)，并且使傳感器的實(shí)用性得到進(jìn)一步提高。管式CO2氣體傳感器件的制作SnO2氣敏元件結(jié)構(gòu)圖管式CO2氣敏元件結(jié)構(gòu)圖 管式CO2氣敏元件制作流程圖 EMF（Electromotive Force）檢測(cè)裝置 管式CO2氣體傳感器件的特性管式CO2氣體傳感器件的靈敏度 溶膠-凝膠法制備的NASICON材料制作的管式CO2氣體傳感器件的耐水性 高溫固相法制備的