發布日期：2023-04-15 點擊率：211
固態聚合物電化學傳感技術是電化學檢測技術領域的一次技術創新突破，來自工業級技術，仍舊依據電化學氣體檢測原理，測量可以化學分解的不同氣體。 傳感器是由三個與電解質接觸的電極，不同電極由不同貴金屬及其它合成材料組成。電極、電解質和周圍空氣接觸，氣體通過多孔膜背面擴散入傳感器的工作電極，在該電極上氣體被氧化或還原，產生同等比例的微弱電流信號，外部電路將信號采集，并轉化為標準信號輸出，氣體濃度與電流信號成正比，這種電化學反應技術無需外部供電，無功耗。
技術檢測原理
固態聚合物電化學傳感技術是電化學氣體檢測技術領域的一次革命性技術創新。本質上，該技術基于電化學催化反應的原理。傳感器采用三電極設計，可以連續進行氣體濃度測量，傳感器主要由三電極系統(工作電極, 對電極, 參比電極)、固態電解質組成，并在恒電位下工作，被氣體通過擴散孔到達傳感器的工作電極，在電極的多孔微觀表面發生電化學氧化或還原反應，反應的質子通過聚合物電解質遷移到對電極，電流信號大小與被測氣體濃度成正比。
由第一菲克定律表示：
i = nFDC
因此，流過的電流與目標氣體的濃度成正比，參比電極與恒電位儀保持電位恒定。
例如：
一氧化碳(CO)傳感器，將發生以下化學反應：
CO + H2O→CO2 + 2 H + + 2 e-
質子擴散到對電極，在該電極上，氧氣還原為水：
2 H + + 2 e- + O2→H2O
固態傳感器原理特性
1、固態電解質_非流動液體，可很好保持三相界面的穩定；
2、固態電解質_固化材料吸水性低不會造成漏液；
3、固態電解質_溶解度低，可抗擊高濃度氣體沖擊，不中毒；
4、固態電解質_無液體消耗，可保持長久靈敏度，固長壽命；
5、固態電解質_可實現印刷工藝，自動化生產，一致性更好；
固態傳感器物理特性
固態傳感器技術優點
固態與液態對比
由固態聚合物電解質取代酸性液態電解液
I.這對液態傳感器意味著什么？
1.因為酸性電解液有腐蝕性，所以標準傳感器有密封外殼；
2.漏液風險：因為l硫酸具有很強的吸水性，因此始終有在潮濕大氣中會導致液體池飽滿溢出，破壞內部電級層和腐蝕損壞外部電子器件；
3.結構復雜，生產工藝繁瑣會導致質量控質難度加大，不確定的質量風險增加；
4.因此液態傳感器體積較大。
II.與固態聚合物的差別是什么?
1.固體電解質不危險，不會漏液，并且更易于運輸；
2.制程工藝全自動化完成，數字化工藝流程管理，質量可控，一致性更佳；
3.讀數非常快速，并且立即反作用于環境。與不同濕度或溫度的相關性是立即相關，不會被延遲。
4.體積小巧，更利于儀表的集成化應用設計。
固態與液態性能差異
℃溫度相關性與液態電化學傳感器不同
通常環境溫度變化也會改變空氣中的相對濕度
液態傳感器
傳感器溫度太高時，會導致液態傳感器的內部電解液中水分持續揮發，會導致反應慢，因為電子流動速度阻力較大，長期在高溫環境下將會導致干涸，傳感器損壞。
溫度范圍在0度以下時內部的液態點解液將會被逐漸凍住，導致電子無法流動，從而無信號輸出，對氣體無反應或反應微弱，但溫度升高，傳感器會恢復。
固態傳感器
聚合物傳感器立即對不同的濕度做出反應，可以適應15%~95%濕度，-40oC低溫下工作表現依然很好,傳感器非常小，因而在數分鐘內就適應新溫度了。
固態傳感器所用所有材料適用于高達70oC低至-40oC的傳感器。但是，70oC以及非常干燥的空氣會使電解質特性發生改變，導致靈敏度下降。
固態與液態性能差異
RH濕度相關性 與液態電化學傳感器不同
標準濕度范圍為15%相對濕度至95%相對濕度之間，無冷凝。
液態傳感器
會在濕度較大時，由于內部的液態電解液的吸水性特點，持續吸入空氣中濕度，導致傳感器的性能不斷改變，終吸入水分太多，無法在內部容下時，會滲透出外殼導致酸性電解液腐蝕外表設備，導致物理性損壞，壽命終止；
太干燥時，會導致液態傳感器的內部電解液中水分持續揮發，會導致反應慢，因為電子流動速度阻力較大，長期在干燥環境下將會導致干涸，傳感器損壞。
固態傳感器
冷凝水不能堵塞擴散孔，但會改變傳感器的瞬時性能。從一開始15%的相對濕度在30分鐘內變到90%，相關性發生變化。
氣體濃度為一定濃度時，可以看到，在初10分鐘內有信號下降，這是對干燥空氣的一種穩定過程。
相對濕度變到90%時，顯示出沒有變化。在23oC的室溫下進行測試。
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