日本研发尾气检测高灵敏快速测定氮氧化物传感器
- 2013/6/3 9:38:55 22030
- 来源：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所
摘要： 导读：日本产业技术综合研究所开发出了高灵敏度、可进行快速测定氮氧化物的传感器。该传感器可以即时测量氮氧化物浓度来控制发动机燃烧，同时还可降低柴油车等的氮氧化物排放量并提高燃效。
导读：日本产业技术综合研究所开发出了高灵敏度、可进行快速测定氮氧化物的传感器。该传感器可以即时测量氮氧化物浓度来控制发动机燃烧，同时还可降低柴油车等的氮氧化物排放量并提高燃效。
日前，据国外媒体报道，日本产业技术综合研究所开发出了高灵敏度、可进行快速测定氮氧化物的传感器。该传感器可以即时测量氮氧化物浓度来控制发动机燃烧，同时还可降低柴油车等的氮氧化物排放量并提高燃效。
在此之前，氮氧化物传感器在发动机尾气等严酷环境下的耐久性和耐热性较低。作为解决办法，一部分研究人员开始开发采用陶瓷固态电解质（氧离子导体）的传感器，不过由于结构一直很复杂，必须组合多种电化学反应才能测定尾气中氮氧化物的浓度，所以本质上很难实现快速测定。因此可用于车载的氮氧化物传感器始终没有能够实际应用。
日本产综研先进制造工艺研究部门——功能模块化研究小组的产综研特别研究员等开发的氮氧化物传感器，通过精密控制检测氮氧化物的电极表面的纳米结构，实现了极高的氮氧化物分子选择性能。通过改进电化学单元结构、直接检测氮氧化物分子，检测速度比此前提高了约5倍，并且氮氧化物分子的检测灵敏度提高了约2倍。
汽油发动机车型方面，稀薄燃烧（LeanBurn）发动机用氮氧化物吸藏还原触媒已开始实际应用。稀薄燃烧时，使碱类物质吸收氮氧化物，吸收量达到饱和时，使发动机发生RichSpike（燃料过量供给），利用瞬时增加的燃料来还原并净化吸附的氮氧化物。不过，目前的技术为：在发动机的使用范围内测绘尾气状态，通过模型演算来推算氮氧化物的吸收量，并求出RichSpide的开始时刻。由于该方法没有直接测定尾气中的氮氧化物浓度，所以有必要验证是否在在任何条件下都能正常发挥作用。
另一方面，柴油发动机车型由于氮氧化物和未燃碳是此消彼涨的关系，降低氮氧化物的排放量，PM的排放量将增加，所以有必要使用氮氧化物传感器将氮氧化物的排放控制在规定值，以便把PM的排放量降低到小。由于这一原因，业界热切期待着开发出检测速度快、检测灵敏度和定量测量性能高的小型车载高性能氮氧化物传感器。通过监测每时每刻的氮氧化物排放量、仅提供低限度的RichSpide来节约燃料，实现效率更高的氮氧化物排放控制并提高燃效。此次的成果是将钪稳定型氧化锆陶瓷作为电解质，控制检测电极的微细结构得到的，300℃以下的低温下仍能够对一氧化氮分子有很高的检测能力和很快的响应速度，能够应用于混合电位型传感器。混合电位型传感器通过数种气体产生的电位差之和来测定气体浓度。特别是对于氮氧化物的浓度变化，通过努力使得传感器的电位差能够发生显著变化。
实际制成的传感器为1cm×2.5mm×300nm左右的电化学单元。传感器采用脉冲激光沉积法（PLD），在二氧化硅底板上形成氧化锆陶瓷等。在350℃下，对于用含5%氧气的氮气稀释的1000ppm一氧化氮气体进行检测时，该电化学单元能够产生约100mV的电压变化。对于很难检测的一氧化氮气体，也显示出了别的检测特性。
日前，据国外媒体报道，日本产业技术综合研究所开发出了高灵敏度、可进行快速测定氮氧化物的传感器。该传感器可以即时测量氮氧化物浓度来控制发动机燃烧，同时还可降低柴油车等的氮氧化物排放量并提高燃效。
在此之前，氮氧化物传感器在发动机尾气等严酷环境下的耐久性和耐热性较低。作为解决办法，一部分研究人员开始开发采用陶瓷固态电解质（氧离子导体）的传感器，不过由于结构一直很复杂，必须组合多种电化学反应才能测定尾气中氮氧化物的浓度，所以本质上很难实现快速测定。因此可用于车载的氮氧化物传感器始终没有能够实际应用。
日本产综研先进制造工艺研究部门——功能模块化研究小组的产综研特别研究员等开发的氮氧化物传感器，通过精密控制检测氮氧化物的电极表面的纳米结构，实现了极高的氮氧化物分子选择性能。通过改进电化学单元结构、直接检测氮氧化物分子，检测速度比此前提高了约5倍，并且氮氧化物分子的检测灵敏度提高了约2倍。
汽油发动机车型方面，稀薄燃烧（LeanBurn）发动机用氮氧化物吸藏还原触媒已开始实际应用。稀薄燃烧时，使碱类物质吸收氮氧化物，吸收量达到饱和时，使发动机发生RichSpike（燃料过量供给），利用瞬时增加的燃料来还原并净化吸附的氮氧化物。不过，目前的技术为：在发动机的使用范围内测绘尾气状态，通过模型演算来推算氮氧化物的吸收量，并求出RichSpide的开始时刻。由于该方法没有直接测定尾气中的氮氧化物浓度，所以有必要验证是否在在任何条件下都能正常发挥作用。
另一方面，柴油发动机车型由于氮氧化物和未燃碳是此消彼涨的关系，降低氮氧化物的排放量，PM的排放量将增加，所以有必要使用氮氧化物传感器将氮氧化物的排放控制在规定值，以便把PM的排放量降低到小。由于这一原因，业界热切期待着开发出检测速度快、检测灵敏度和定量测量性能高的小型车载高性能氮氧化物传感器。通过监测每时每刻的氮氧化物排放量、仅提供低限度的RichSpide来节约燃料，实现效率更高的氮氧化物排放控制并提高燃效。此次的成果是将钪稳定型氧化锆陶瓷作为电解质，控制检测电极的微细结构得到的，300℃以下的低温下仍能够对一氧化氮分子有很高的检测能力和很快的响应速度，能够应用于混合电位型传感器。混合电位型传感器通过数种气体产生的电位差之和来测定气体浓度。特别是对于氮氧化物的浓度变化，通过努力使得传感器的电位差能够发生显著变化。
实际制成的传感器为1cm×2.5mm×300nm左右的电化学单元。传感器采用脉冲激光沉积法（PLD），在二氧化硅底板上形成氧化锆陶瓷等。在350℃下，对于用含5%氧气的氮气稀释的1000ppm一氧化氮气体进行检测时，该电化学单元能够产生约100mV的电压变化。对于很难检测的一氧化氮气体，也显示出了别的检测特性。
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