固体电解质气体传感器

　　传感器是信息获取的源头，位于信息技术链条的最前端。本书从气体传感器的应用领域和系统分类出发，重点围绕基于混成电位原理的固体电解质气体传感器的研究进展、发展现状及未来趋势进行介绍。本书主要内容包括固体电解质气体传感器的种类和特点、钇稳定氧化锆基混成电位型气体传感器的混成电位原理、增感策略、高 效三相界面构筑、其他增感策略以及基于其他固体电解质的混成电位型气体传感器的构建和应用。针对不同领域对气体传感器的实际应用需求和产业现状，介绍了钇稳定氧化锆基混成电位型气体传感器在环境监测（机动车尾气监测和工业废气监测）、医学诊疗等领域的挑战和应用。最后，对固体电解质气体传感器的发展进行了展望。

　　刘方猛 吉林大学电子科学与工程学院教授、博士生导师，国家优 秀青年科学基金获得者，中国科协青年人才托举工程入选者。主要研究方向为新型传感器技术与装置，包括气体传感器、柔性电子技术和传感器件、智能传感系统和检测设备。作为第 一作者或通信作者在 Sensors and Actuators B： Chemical 和Advanced Functional Materials等 重 要 学 术 期 刊 上 发 表 SCI 论文 52 篇，授权国家发明专利 50项。担任 Nano-Micro Letters、SmartMat 等期刊青年编委。获得吉林省技术发明奖一等奖、中国仪器仪表学会青年科技人才奖等奖项。 卢革宇 吉林大学电子科学与工程学院教授、院长、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，集成光电子学国家重点实验室主任。长期从事传感器、电子材料与器件、物联网等领域研究；作为项目负责人主持了国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目、重点项目、重点国际合作项目，科技部国家重点研发计划项目等。发表 SCI 论文 500余篇，SCI 他引 18 000 余次，H因子 77。授权国家发明专利 80 余项。获得包括吉林省科学技术奖一等奖在内的 6 项科技奖励。

第1章　绪论1
1.1　引言1
1.2　气体传感器的重要性1
1.3　气体传感器的种类和评价参数3
1.3.1　气体传感器的种类3
1.3.2　气体传感器的评价参数10
1.4　本章小结12
参考文献12
第2章　固体电解质气体传感器17
2.1　固体电解质概述17
2.2　固体电解质气体传感器的种类和特点18
2.2.1　电流型固体电解质气体传感器19
2.2.2　阻抗型固体电解质气体传感器25
2.2.3　电位型固体电解质气体传感器26
2.3　本章小结31
参考文献32
第3章　基于钇稳定氧化锆（YSZ）的混成电位型气体传感器36
3.1　稳定氧化锆固体电解质概述36
3.1.1　稳定氧化锆的结构36
3.1.2　YSZ的电化学性质37
3.2　混成电位原理概述38
3.2.1　混成电位的发展历程38
3.2.2　混成电位原理39
3.3　YSZ基混成电位型气体传感器的研究进展43
3.3.1　敏感电极的设计43
3.3.2　三相界面（TPB）的构筑48
3.3.3　其他增感技术49
3.4　本章小结50
参考文献50
第4章　YSZ基混成电位型气体传感器的敏感电极材料设计54
4.1　敏感电极材料的种类和增感策略54
4.1.1　贵金属/合金54
4.1.2　单一金属氧化物56
4.1.3　混合金属氧化物59
4.1.4　催化层筛选60
4.1.5　复合金属氧化物62
4.2　敏感电极材料的制备方法65
4.2.1　固相法65
4.2.2　液相法66
4.2.3　气相法69
4.3　基于YSZ和不同敏感电极的混成电位型气体传感器69
4.3.1　氮氧化物（NOx）传感器69
4.3.2　氨气（NH3）传感器70
4.3.3　氢气（H2）传感器72
4.3.4　一氧化碳（CO）传感器73
4.3.5　碳氢化合物（HC）传感器74
4.3.6　挥发性有机化合物（VOC）传感器74
4.3.7　二氧化硫（SO2）传感器75
4.3.8　硫化氢（H2S）传感器76
4.4　本章小结77
参考文献77
第5章　YSZ基混成电位型气体传感器的TPB构筑86
5.1　TPB的概念和特点86
5.2　TPB的增感策略和传感器构建86
5.2.1　氢氟酸腐蚀技术87
5.2.2　双层流延加工和刮涂技术88
5.2.3　激光加工技术90
5.2.4　喷砂加工技术94
5.2.5　混合技术94
5.2.6　模板造孔技术100
5.2.7　低能离子束刻蚀技术103
5.2.8　静电纺丝技术105
5.3　本章小结107
参考文献108
第6章　YSZ基混成电位型气体传感器的其他增感策略110
6.1　光增感110
6.1.1　光增感气体传感器110
6.1.2　光增感技术在YSZ基混成电位型气体传感器中的应用111
6.2　阵列结构增感116
6.2.1　传感器阵列的设计和构筑116
6.2.2　传感器的算法119
6.3　本章小结125
参考文献125
第7章　基于其他固体电解质的混成电位型气体传感器的构建和应用127
7.1　基于其他氧离子导体固体电解质的混成电位型气体传感器127
7.1.1　其他稳定氧化锆固体电解质127
7.1.2　Ce0.8Gd0.2O1.95固体电解质132
7.1.3　La10Si6O27固体电解质140
7.1.4　BiMeVOx固体电解质146
7.2　基于钠离子导体固体电解质的混成电位型气体传感器151
7.2.1　NaSICON固体电解质151
7.2.2　NaDyCON固体电解质164
7.3　基于其他离子导体固体电解质的混成电位型气体传感器166
7.3.1　质子（H ）导电固体电解质167
7.3.2　Al3 导电固体电解质168
7.4　本章小结169
参考文献170
第8章　固体电解质气体传感器的应用领域及现状175
8.1　固体电解质气体传感器在机动车尾气监测中的应用175
8.1.1　氧（O2）传感器的应用175
8.1.2　氮氧化物（NOx）传感器的应用178
8.1.3　氨气（NH3）传感器的应用179
8.2　固体电解质气体传感器在工业废气监测中的应用180
8.2.1　二氧化硫（SO2）传感器的应用180
8.2.2　二氧化碳（CO2）传感器的应用181
8.2.3　挥发性有机化合物（VOC）传感器的应用182
8.3　YSZ基混成电位型气体传感器在医学诊疗领域的应用184
8.3.1　糖尿病呼气检测185
8.3.2　哮喘呼气检测190
8.4　本章小结193
参考文献193
第9章　固体电解质气体传感器的发展前景与展望197