一种电化学气体传感器芯片制造技术

本发明专利技术公开一种电化学气体传感器芯片，整体为片状气体传感器芯片，该气体传感器芯片右侧端部为梯形斜界面，包括直接暴露在气体中的第一外部电极层和第二外部电极层，位于固体电解质层内部的扩散障碍层二、第一内部电极层、第二内部电极层、第三内部电极层、第一测量气体室、第二测量气体室和电阻加热器层，位于固体电解质层上的进气口，装在进气口内的扩散障碍层一，和与外部气体连通的参考气体通道。本发明专利技术能够测量含氮氧化物气体中氧气浓度，还能够测量该芯片中存在氧气浓度，解决了测量内燃机废气流中氧气浓度时，需要增加氧气传感器的问题，节省成本，使用效果好，性能优良。

【技术实现步骤摘要】
一种电化学气体传感器芯片
本专利技术涉及气体传感器芯片领域，具体属于一种电化学气体传感器芯片。
技术介绍
内燃机是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。目前，人们为了节省燃料优选使用稀薄燃烧混合物作为内燃机的燃料，此时为了满足内燃机废气达标排放的要求，内燃机需要配备三元催化器。但是由于三元催化器不能提供足够量的还原物质，用于处理氮氧化物NOX，为此人们采用吸收物质(催化剂)存储过量的氮氧化物NOX，在短时间内将燃烧气设置为浓燃烧，直到储存的氮氧化物NOX已完全被CO(一氧化碳)等尾气还原，再进入新的存储阶段。为了能够对这类浓/稀交替的气体进行成功执行控制，需要两个气体传感器，一个为氮氧化物NOX传感器，它能够检测储存阶段结束时氮氧化物NOX的增加变化；另一个为氧气传感器，它能够测量确定氧气的浓度变化，该氧气传感器要能够测量分析在再生阶段结束时，从三元催化器中产生的氧气含量特别低时，其浓燃烧废气中氧气的变化。随着国内对环境气体达标排放的要求不断变化，关于此类气体传感器的研究逐渐增加。如：公开号为CN1186238A专利中描述的氮的氧化物的传感器，该传感器包括两个用于测量气体的腔室，每个腔室在一个平面传导氧离子陶瓷基材的不同层平面上都有一个泵单元。两个泵单元均包括沉积在固体电解质上的两个电极。待测气体通过第一扩散孔流入第一测量气体室，在此第一泵室通过将氧气泵入和泵出来设置恒定的低氧气分压。借助于同样位于第一测量气体室中的浓缩池(能斯特池)的电压(电动势)，通过泵室的泵电压来调节第一测量气体室中的氧分压；在第二个测量气体室中，确定测量气体中的NOX浓度(NOX测量气体中所含的氧，在第二泵单元的电极表面上能够被分解)，由此产生的氧气与仍残留在测量气体中的氧气一起被抽出。为了确定测量废气流中的氧气浓度还需要增加一个氧气传感器，这种缺点是需要两个单独的气体传感器(一个是氮氧化合物气体传感器，另一个是氧气传感器)，这样就增加了整体使用成本。为此，本专利技术提供了一种电化学气体传感器芯片，由此芯片制作的传感器，能够只使用一个，同时达到两个单独气体传感器的使用要求，确保整体使用成本不增加。
技术实现思路
本专利技术提供一种电化学气体传感器芯片，通过对片状气体传感器芯片整体及其中第一外部电极层、固体电解质层、扩散障碍层一、扩散障碍层二、第一内部电极层、第二内部电极层、第三内部电极层、第二外部电极层、电阻加热器层、进气口、第一测量气体室、第二测量气体室和参比气体通道的整体研发设计，解决了上述
技术介绍
中提到的问题。同时，本专利技术能够测量含氮氧化物气体中氧气浓度，还能够测量该芯片中存在氧气浓度，解决了测量内燃机废气流中氧气浓度时，需要增加氧气传感器的问题，只使用一个由本专利技术芯片制作的传感器，能够同时达到两个单独气体传感器的使用要求，节省成本，使用效果好，性能优良，适合在生产制造化学气体传感器时推广使用。为实现上述目的本专利技术采用的技术方案如下：一种电化学气体传感器芯片，整体为片状气体传感器芯片，该气体传感器芯片右侧端部为梯形斜界面，包括第一外部电极层、固体电解质层、扩散障碍层一、扩散障碍层二、第一内部电极层、第二内部电极层、第三内部电极层、第二外部电极层、电阻加热器层、进气口、第一测量气体室、第二测量气体室和参比气体通道，第一外部电极层和第二外部电极层能够直接暴露在气体中，扩散障碍层二、第一内部电极层、第二内部电极层、第三内部电极层、第一测量气体室、第二测量气体室和电阻加热器层都位于固体电解质层内部，进气口位于最外层固体电解质层的上面，进气口内侧上部安装有扩散障碍层一，参比气体通道位于第二外部电极层所在的固体电解质层，与内部嵌装有电阻加热器层的固体电解质层之间的空间内，参考气体通道与外部气体直接连通。优选地，所述固体电解质层从上到下依次有固体电解质层一、固体电解质层二、固体电解质层三、固体电解质层四、固体电解质层五、固体电解质层六、固体电解质层七和固体电解质层八，所述固体电解质层由含钇稳定氧化锆纳米粉体制作而成；所述固体电解质层一、固体电解质层二、固体电解质层三、固体电解质层四、固体电解质层五、固体电解质层六、固体电解质层七和固体电解质层八，都由圣戈班5Y-ZrO2粉体、PVB粘结剂和溶剂丁酮，混合后经过球磨96小时，然后脱泡流延制作成生胚固体电解质层一、固体电解质层二、固体电解质层三、固体电解质层四、固体电解质层五、固体电解质层六、固体电解质层七和固体电解质层八，固体电解质层一、固体电解质层二、固体电解质层三、固体电解质层四、固体电解质层五、固体电解质层六、固体电解质层七和固体电解质层八生胚从上到下依次叠合粘结后，烧结制成，所述烧结温度为1500℃。优选地，所述固体电解质层为能够导电氧离子的固体电解质层，所述固体电解质层一的上部外面印刷有第一外部电极层，固体电解质层一的上面有进气口，固体电解质层一的下部印刷有第二内部电极层，所述固体电解质层三的上面印刷有第一内部电极层，固体电解质层三的下面印刷有第三内部电极层，所述固体电解质层五的上面印刷有第三内部电极层，固体电解质层五的下面印刷有第二外部电极层，所述固体电解质层三上有进气口，固体电解质层五上有凹槽口，所述扩散障碍层二嵌装烧结在固体电解质层三上有进气口下方，与固体电解质层五上凹槽口之间的固体电解质层四内部，所述扩散障碍层二位于固体电解质层三下面的第三内部电极层和固体电解质层五上面的第三内部电极层内侧，靠近固体电解质层三上进气口和固体电解质层五上凹槽口之间的区域内，所述扩散障碍层二将固体电解质层三上进气口和固体电解质层五上凹槽口，与固体电解质层三下面的第三内部电极层和固体电解质层五上面的第三内部电极层隔开，所述扩散障碍层二共有两块，都位于固体电解质层三下面、固体电解质层五上面及固体电解质层四之间的区域内；所述固体电解质层七和固体电解质层八之间嵌装有电阻加热器层，电阻加热器层能够用于加热传感器芯片，使其达到要求的工作温度,所述固体电解质层五的下面、固体电解质层五下面的第二外部电极层、固体电解质层六的右侧和固体电解质层七的上面，四者之间的区域为参考气体通道。优选地，所述固体电解质层一下面、固体电解质层二中间、固体电解质层三上面和中间、两块扩散障碍层二之间及固体电解质层五上面的空间，共同组成第一测量气体室。优选地，所述固体电解质层三下面、固体电解质层四中间、两块扩散障碍层二外侧及固体电解质层五上面的空间，共同组成第二测量气体室。优选地，所述圣戈班5Y-ZrO2粉体由法国圣戈班公司生产，PVB粘结剂由洛阳硕然化工产品有限公司生产，溶剂丁酮由江苏嘉松化工有限公司生产。优选地，所述位于最外层固体电解质层上面的进气口，该进气口能够在固体电解质层一正中心的位置，或者该进气口能够在固体电解质层一上面靠近左侧面一边的位置，或者该进气口能够在固体电解质层一上面靠近右侧面一边的位置，所述进气口上下纵向穿过固体电解质层一、固体电解质层二、固体电解质层三和固体电解质层四，进气口的底部位于固体电解质层五上凹槽口区域。优选地，所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学气体传感器芯片，整体为片状气体传感器芯片，该气体传感器芯片右侧端部为梯形斜界面，包括第一外部电极层、固体电解质层、扩散障碍层一、扩散障碍层二、第一内部电极层、第二内部电极层、第三内部电极层、第二外部电极层、电阻加热器层、进气口、第一测量气体室、第二测量气体室和参比气体通道，第一外部电极层和第二外部电极层能够直接暴露在气体中，扩散障碍层二、第一内部电极层、第二内部电极层、第三内部电极层、第一测量气体室、第二测量气体室和电阻加热器层都位于固体电解质层内部，进气口位于最外层固体电解质层的上面，进气口内侧上部安装有扩散障碍层一，参比气体通道位于第二外部电极层所在的固体电解质层，与内部嵌装有电阻加热器层的固体电解质层之间的空间内，参考气体通道与外部气体直接连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种电化学气体传感器芯片，整体为片状气体传感器芯片，该气体传感器芯片右侧端部为梯形斜界面，包括第一外部电极层、固体电解质层、扩散障碍层一、扩散障碍层二、第一内部电极层、第二内部电极层、第三内部电极层、第二外部电极层、电阻加热器层、进气口、第一测量气体室、第二测量气体室和参比气体通道，第一外部电极层和第二外部电极层能够直接暴露在气体中，扩散障碍层二、第一内部电极层、第二内部电极层、第三内部电极层、第一测量气体室、第二测量气体室和电阻加热器层都位于固体电解质层内部，进气口位于最外层固体电解质层的上面，进气口内侧上部安装有扩散障碍层一，参比气体通道位于第二外部电极层所在的固体电解质层，与内部嵌装有电阻加热器层的固体电解质层之间的空间内，参考气体通道与外部气体直接连通。


2.根据权利要求1所述一种电化学气体传感器芯片，其特征在于所述固体电解质层从上到下依次有固体电解质层一、固体电解质层二、固体电解质层三、固体电解质层四、固体电解质层五、固体电解质层六、固体电解质层七和固体电解质层八，所述固体电解质层由含钇稳定氧化锆纳米粉体制作而成；
所述固体电解质层一、固体电解质层二、固体电解质层三、固体电解质层四、固体电解质层五、固体电解质层六、固体电解质层七和固体电解质层八，都由圣戈班5Y-ZrO2粉体、PVB粘结剂和溶剂丁酮，混合后经过球磨96小时，然后脱泡流延制作成生胚固体电解质层一、固体电解质层二、固体电解质层三、固体电解质层四、固体电解质层五、固体电解质层六、固体电解质层七和固体电解质层八，固体电解质层一、固体电解质层二、固体电解质层三、固体电解质层四、固体电解质层五、固体电解质层六、固体电解质层七和固体电解质层八生胚从上到下依次叠合粘结后，烧结制成，所述烧结温度为1500℃。


3.根据权利要求1或2任一所述的一种电化学气体传感器芯片，其特征在于所述固体电解质层为能够导电氧离子的固体电解质层，所述固体电解质层一的上部外面印刷有第一外部电极层，固体电解质层一的上面有进气口，固体电解质层一的下部印刷有第二内部电极层，所述固体电解质层三的上面印刷有第一内部电极层，固体电解质层三的下面印刷有第三内部电极层，所述固体电解质层五的上面印刷有第三内部电极层，固体电解质层五的下面印刷有第二外部电极层，所述固体电解质层三上有进气口，固体电解质层五上有凹槽口，所述扩散障碍层二嵌装烧结在固体电解质层三上有进气口下方，与固体电解质层五上凹槽口之间的固体电解质层四内部，所述扩散障碍层二位于固体...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗伟峰，张文振，徐斌，李敏，孔德方，王梦寻，
申请(专利权)人：苏州禾苏传感器科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32