氧氣傳感器的研究新進展
近年來，隨著人們健康環(huán)保意識的增強以及各國對有毒氣體排放和污染物排放方面的嚴格立法，各種氣體氧和溶解氧監(jiān)測裝置正在得到越來越廣泛的應用，所以氧氣傳感器的研究也成為了熱點。
1、氧氣傳感器的薄膜化
由于薄膜和厚膜型傳感器比其他類型價格便宜、性能優(yōu)異，因而成為一個非?；钴S的研究領域。最近，在極限式氧傳感器中就有沉積在藍寶石基板的薄膜氧傳感器、用層壓法和絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備的雙電池結(jié)構(gòu)的薄膜狀氧傳感器等新產(chǎn)品出現(xiàn)。特別是Takahashi等人制備了一種極限電流氧傳感器，該傳感器將一個薄膜固體電解質(zhì)電池裝備在多孔氧化鋁基板上，該基板用來限制氧的氣流，這將導致傳感器的極限電流現(xiàn)象。這種傳感器的內(nèi)阻非常小，電流—電壓特性曲線的斜率很陡，并且測量范圍也得以擴大。
另外采用絲網(wǎng)印刷工藝制成的厚膜TiO2半導體氧化物元件，具有良好的機械強度，元件特性比較均勻，適于批量生產(chǎn)；采用蒸鍍工藝制成的薄膜TiO2元件，具有工藝簡單、元件可靠性好、靈敏度高的特點。
2、低工作溫度氧氣傳感器的研究
由于許多氧傳感器必須在一定的較高溫度下才能正常工作，因此在這些氧傳感器的結(jié)構(gòu)中一般都設置有加熱裝置，給制造和使用帶來許多不便。因此，研制低工作溫度用氧傳感器也是近年來新的研究領域。
為了在低溫下工作，一些新材料如PbSnF4、SrCl-KCl、β-PbF2和LaF3常被選用為制備低溫傳感器的材料。另外，研究發(fā)現(xiàn)采用CeO2基電解質(zhì)、P型氧化物半導體電極能有效地降低電池的工作溫度。
對于氧化物半導體，在低溫下Pt/TiO2和Pd/TiO2具有肖特基二極管的特性，元件的I-V特性曲線表現(xiàn)出正向電壓的大幅度可逆偏移，這種偏移與氧分壓有關(guān)。根據(jù)此原理制成的氧傳感器，在電壓恒定時具有相當高的靈敏度，但測量范圍比較窄，而且只能在低溫下使用，因為溫度升高，Pt/TiO2界面的肖特基特性將不可逆。
3、新材料、新結(jié)構(gòu)的開發(fā)
我們知道ZrO2和TiO2等材料是制造氧傳感器的傳統(tǒng)材料，但近年來CeO2、CoO、SrTiO3、LaCaO3等新材料也都得到了越來越廣泛的使用，尤其在傳感器微型化、低溫化時，對新材料提出了更高的要求。
同時，人們發(fā)現(xiàn)將催化劑加入半導體氧化物中或放在其表面都對傳感器的性能有重大的影響。例如：為提高氧傳感器的靈敏度，常采用貴金屬Pt、Pd等催化劑，也可加入Nb2O5、Ta2O5等五價氧化物來提高材料的靈敏度。另一方面，新型結(jié)構(gòu)的氧傳感器也得到了開發(fā)。法國Bosch公司研制出將極限式和濃差式組合在一起的氧傳感器。
此外，Ishibash等還開發(fā)了陰陽兩極位于固體電解質(zhì)同一側(cè)表面的極限式氧傳感器；Suguki等開發(fā)出將理論空燃比和稀薄空燃比為一體的極限式氧傳感器等。
4、新型極限式氧氣傳感器
前面已經(jīng)講過極限式氧傳感器是利用了在陰極一側(cè)所形成的極小孔洞對流入氣體的限制作用，而氧濃度一定時，輸出電流值不再隨外加電壓的增加而增大，達到某一恒定值，該恒定電流值稱為該氧濃度時的極限電流值。
