Study and realization of CO2 potentiometric sensors in open device
ETUDE ET REALISATION D'UN CAPTEUR POTENTIOMETRIQUE A DIOXYDE DE CARBONE EN CONFIGURATION OUVERTE
Résumé
Sensors based on NASICON functions out of differential between an electrode sensitive to O2 and another sensitive to CO2 and O2. The response does not depend any more of the oxygen partial pressure.
Each element of the sensor (reference electrode, solid electrolyte and sensing electrode) was separately studied with physical and electrical characterizations to select best materials.
Screen-printing method was retained among several electrode deposit to test the influence on the response of the sensors.
For the sensing electrode (Na2CO3/BaCO3), the compositions having a barium carbonate rate of 25% or 0% ended in satisfactory results on sensitivity.
The influence of the reference electrode composition was studied for differents values of the Na2Ti3O7/Na2Ti6O13 ratio. Only the composition 55%-45% in mass gave place to a sensor with thermodynamic behavior, with experimental slopes and standard potentials close to the theoretical values until partial pressures of about 100 Pa.
The oxygen has an influence on the response only for the low temperatures. An interference of the water vapor was observed on the standard potential value whatever the temperature, without modification of the sensitivity. The nitric oxyde did not change the response of the sensor.
A model of response time limited by the gas diffusion in electrode material was proposed.
The planar technology led to thermodynamic sensors only for partial pressure above 10-3 bar.
Each element of the sensor (reference electrode, solid electrolyte and sensing electrode) was separately studied with physical and electrical characterizations to select best materials.
Screen-printing method was retained among several electrode deposit to test the influence on the response of the sensors.
For the sensing electrode (Na2CO3/BaCO3), the compositions having a barium carbonate rate of 25% or 0% ended in satisfactory results on sensitivity.
The influence of the reference electrode composition was studied for differents values of the Na2Ti3O7/Na2Ti6O13 ratio. Only the composition 55%-45% in mass gave place to a sensor with thermodynamic behavior, with experimental slopes and standard potentials close to the theoretical values until partial pressures of about 100 Pa.
The oxygen has an influence on the response only for the low temperatures. An interference of the water vapor was observed on the standard potential value whatever the temperature, without modification of the sensitivity. The nitric oxyde did not change the response of the sensor.
A model of response time limited by the gas diffusion in electrode material was proposed.
The planar technology led to thermodynamic sensors only for partial pressure above 10-3 bar.
Le capteur étudié est à base de NASICON et fonctionne en différentiel entre une électrode sensible à O2 et une électrode sensible à CO2 et à O2. La réponse ne dépend plus de la pression partielle d'oxygène.
Chaque élément du capteur (électrode de référence, électrolyte solide et électrode de travail) a été étudié séparément, par les techniques de caractérisations physiques et électriques, pour sélectionner les meilleurs matériaux.
La sérigraphie a été retenue parmi plusieurs techniques de dépôt d'électrodes testées pour noter l'influence sur la réponse des capteurs.
Au niveau de l'électrode de travail (Na2CO3/BaCO3), les compositions présentant un taux de carbonate de baryum de 25% ou de 0% ont abouti à des résultats satisfaisants au niveau de la sensibilité.
L'influence de la composition de l'électrode de référence a été étudiée pour différentes valeurs du rapport Na2Ti3O7/Na2Ti6O13. Seule la composition 55%-45% en masse a donné lieu à un capteur à comportement thermodynamique, avec des pentes expérimentales et des potentiels standards proches des valeurs théoriques jusqu'à des pressions partielles de l'ordre de 100 Pa.
L'étude des interférents a montré que l'oxygène présentait une influence sur la réponse du capteur seulement pour les faibles températures. Une interférence de la vapeur d'eau a été observée sur la valeur du potentiel standard quelle que soit la température, sans modification de la sensibilité. Le monoxyde d'azote ne modifie en rien la réponse du capteur.
Un modèle de temps de réponse limitée par la diffusion dans le matériau d'électrode a été proposé.
Le passage en technologie planaire a abouti à des capteurs thermodynamiques uniquement au-dessus de 10-3 bar.
Chaque élément du capteur (électrode de référence, électrolyte solide et électrode de travail) a été étudié séparément, par les techniques de caractérisations physiques et électriques, pour sélectionner les meilleurs matériaux.
La sérigraphie a été retenue parmi plusieurs techniques de dépôt d'électrodes testées pour noter l'influence sur la réponse des capteurs.
Au niveau de l'électrode de travail (Na2CO3/BaCO3), les compositions présentant un taux de carbonate de baryum de 25% ou de 0% ont abouti à des résultats satisfaisants au niveau de la sensibilité.
L'influence de la composition de l'électrode de référence a été étudiée pour différentes valeurs du rapport Na2Ti3O7/Na2Ti6O13. Seule la composition 55%-45% en masse a donné lieu à un capteur à comportement thermodynamique, avec des pentes expérimentales et des potentiels standards proches des valeurs théoriques jusqu'à des pressions partielles de l'ordre de 100 Pa.
L'étude des interférents a montré que l'oxygène présentait une influence sur la réponse du capteur seulement pour les faibles températures. Une interférence de la vapeur d'eau a été observée sur la valeur du potentiel standard quelle que soit la température, sans modification de la sensibilité. Le monoxyde d'azote ne modifie en rien la réponse du capteur.
Un modèle de temps de réponse limitée par la diffusion dans le matériau d'électrode a été proposé.
Le passage en technologie planaire a abouti à des capteurs thermodynamiques uniquement au-dessus de 10-3 bar.
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