尾氣檢測(cè)高靈敏度快速測(cè)定NOx傳感器問(wèn)世

  日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（簡(jiǎn)稱產(chǎn)綜研）開(kāi)發(fā)出高靈敏度、快速測(cè)定的NOx傳感器。可即時(shí)測(cè)量NOx濃度來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒。還可降低柴油車等的NOx排放量并提高燃效。

  此前的NOx傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣等嚴(yán)酷環(huán)境下的耐久性和耐熱性較低。作為解決辦法，一部分研究人員開(kāi)始開(kāi)發(fā)采用陶瓷固態(tài)電解質(zhì)（氧離子導(dǎo)體）的傳感器，不過(guò)由于結(jié)構(gòu)一直很復(fù)雜，必須組合多種電化學(xué)反應(yīng)才能測(cè)定NOx濃度，所以本質(zhì)上很難實(shí)現(xiàn)快速測(cè)定。因此可用于車載的NOx傳感器始終沒(méi)有能夠?qū)嶋H應(yīng)用。

  產(chǎn)綜研先進(jìn)制造工藝研究部門——功能模塊化研究小組的產(chǎn)綜研特別研究員濱本孝一等開(kāi)發(fā)的NOx傳感器，通過(guò)精密控制檢測(cè)NOx的電極表面的納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了極高的NOx分子選擇性能。通過(guò)改進(jìn)電化學(xué)單元結(jié)構(gòu)、直接檢測(cè)NOx分子，檢測(cè)速度比此前提高了約5倍，并且NOx分子的檢測(cè)靈敏度提高了約2倍。

  汽油發(fā)動(dòng)機(jī)車型方面，稀薄燃燒（LeanBurn）發(fā)動(dòng)機(jī)用NOx吸藏還原觸媒已開(kāi)始實(shí)際應(yīng)用。稀薄燃燒時(shí)，使堿類物質(zhì)吸收NOx，吸收量達(dá)到飽和時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生RichSpike（燃料過(guò)量供給），利用瞬時(shí)增加的燃料來(lái)還原并凈化吸附的NOx。不過(guò)，目前的技術(shù)為：在發(fā)動(dòng)機(jī)的使用范圍內(nèi)測(cè)繪尾氣狀態(tài)，通過(guò)模型演算來(lái)推算NOx的吸收量，并求出RichSpide的開(kāi)始時(shí)刻。由于該方法沒(méi)有直接測(cè)定尾氣中的NOx濃度，所以有必要驗(yàn)證是否在在任何條件下都能正常發(fā)揮作用。

  另一方面，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車型由于NOx和未燃碳是此消彼漲的關(guān)系，降低NOx的排放量，PM的排放量將增加，所以有必要使用NOx傳感器將NOx的排放控制在規(guī)定值，以便把PM的排放量降低到最小。

  由于這一原因，業(yè)界熱切期待著開(kāi)發(fā)出檢測(cè)速度快、檢測(cè)靈敏度和定量測(cè)量性能高的小型車載高性能NOx傳感器。通過(guò)監(jiān)測(cè)每時(shí)每刻的NOx排放量、僅提供最低限度的RichSpide來(lái)節(jié)約燃料，實(shí)現(xiàn)效率更高的NOx排放控制并提高燃效。

  此次的成果是將鈧（Sc）穩(wěn)定型氧化鋯陶瓷作為電解質(zhì)，控制檢測(cè)電極的微細(xì)結(jié)構(gòu)得到的，300℃以下的低溫下仍能夠?qū)?/span>NO分子有很高的檢測(cè)能力和很快的響應(yīng)速度，能夠應(yīng)用于混合電位型傳感器。混合電位型傳感器通過(guò)數(shù)種氣體產(chǎn)生的電位差之和來(lái)測(cè)定氣體濃度。特別是對(duì)于NOx的濃度變化，通過(guò)努力使得傳感器的電位差能夠發(fā)生顯著變化。

  實(shí)際制成的傳感器為1cm×2.5mm×300nm左右的電化學(xué)單元。傳感器采用脈沖激光沉積法（PulsedLaserDeposition，PLD），在SiO2底板上形成氧化鋯陶瓷等。在350℃下，對(duì)于用含5%氧氣的氮?dú)庀♂尩?/span>1000ppmNO氣體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，該電化學(xué)單元能夠產(chǎn)生約100mV的電壓變化。對(duì)于很難檢測(cè)的NO氣體，也顯示出了全球最高級(jí)別的檢測(cè)特性。