مروری بر حسگرهای اکسیژنی زیرکونیایی

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

2 پژوهشکده کامپوزیت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

اندازه‌گیری و تعیین مقدار اکسیژن موجود در محیط در صنایع مختلف از جمله صنایع ذوب فلزات و متالورژی، اتومبیل و خودرو، سیمان و نیروگاه‌های برق نقش کلیدی در کنترل و بهینه‌سازی فرآیند تولید دارد. آزمون‌های متنوعی مانند روش‌های شیمیایی کروماتوگرافی و آزمون‌های الکتروشیمیایی برای اندازه‌گیری میزان اکسیژن وجود دارد. حسگرهای اکسیژنی زیرکونیایی (اکسید زیرکونیوم) در زمره روش‌های الکتروشیمیایی محسوب می‌گردند. استفاده از این حسگرها برای تعیین میزان اکسیژن موجود در محیط‌های با دمای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد بسیار مناسب بوده و از نظر دقت، پاسخ زمانی، صحت و قابلیت اطمینان و مدت زمان عملکرد و قیمت نسبت به حسگرهای دیگر برتری دارد. زیرکونیا به دلیل خواص منحصربه‌فردی چون دمای ذوب بالا (2680 K)، پایداری شیمیایی و ابعادی مناسب در محیط‌های خورنده، سختی بالا، مدول یانگ نسبتاً پایین و نیز خواص ریزساختاری و شبکه‌ای، کاربردهای گوناگونی در حوزه‌های محتلف از جمله حسگرهای گازی و پیل‌های سوختی دارد. با توجه به ساختار کریستالی یونی، زیرکونیا در ترکیب با برخی اکسیدها تشکیل محلول جامد داده و پدیده هدایت یونی به ویژه در دماهای بالا اتفاق می‌افتد. در نتیجه با استفاده از مکانیزم هدایت یونی، امکان مانیتورینگ گرادیان اکسیژنی در محیط‌های مختلف وجود داشته و مقدار اکسیژن موجود در محیط با اندازه‌گیری نیروهای الکتروموتوری ایجادشده، بدست می‌آید.

کلیدواژه‌ها


[۱] فرحناکیان, محمدعلی و خلیلیان, ابراهیم. طراحی و ساخت دستگاه اندازه‌گیری اکسیژن در دود. در هجدهمین کنفرانس بین‌المللی برق. شرکت توانیر, 1382.

[2] Zhuiykov, Serge. Electrochemistry of Zirconia Gas Sensors. CRC Press, 2008.

[۳] زندیه, ف. و لکناهور, ا. بررسی خواص، کاربرد و روش‌های تولید کامپوزیت‌های بیوسرامیکی Al2O3-ZrO2. پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد, دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه, ساوه، ایران, 1387.

[4] Mogab, C. J. Use of stabilized zirconia as a selective oxygen leak source. Review of Scientific Instruments, 43(11):1605– 1610, 1972.

[5] Dimitrov, Dimitre Tz and Dushkin, Ceco D. Oxygen detection using yttria-stabilized zirconia thin films doped with platinum. Central European Journal of Chemistry, 3(4):605–621, 2005.

[6] Schwandt, C. Kinetics of oxygen, platinum/stabilized zirconia and oxygen, gold/stabilized zirconia electrodes under equilibrium conditions. Journal of The Electrochemical Society, 144(11):3728, 1997.

[7] Yuhua, Deng and Pan, Wei. Fabrication of porous zirconia using filter paper template. pp. 993–994, 2005.

[8] Reckziegel, A. Properties and application of highperformance ceramics made of Zirconia, 2015.

[9] Pavel, Shuk. teme, vol. 77, chap. Process Zirconia Oxygen Analyzer – State of ArtZirkondioxid-Sauerstoffsensoren – Stand der Technik, p. 19. 2020 2010. 1.

[10] Miura, Norio, Sato, Tomoaki, Anggraini, Sri Ayu, Ikeda, Hiroshi, and Zhuiykov, Serge. A review of mixed-potential type zirconia-based gas sensors. Ionics, 20(7):901–925, Jul 2014.

[۱۱] واحد تحقیقات محیط زیست. پیشرفت‌ها در زمینه آنالیز فرآیند تولید سیمان. نشریه فناوری سیمان, (67):68--72, 1394.

[12] Luo, Zhian, Xiao, Jianzhong, Xia, Feng, and Yang, Yifan. Preparation and characterization of zirconia oxygen sensors. Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed., 22(4):612–616, Dec 2007.

[13] Noriaki, Kurita, Kenji, Kobayashi, Yoshinori, Heda, and Norihiko, Fukatsu. htmp, vol. 31, chap. Oxygen Liberation from Stabilized Zirconia upon Changing DC Polarization Condition, p. 439. 2020 2012. 4-5.

[14] Hirmke, J., Rosiwal, S.M., and Singer, R.F. Monitoring oxygen species in diamond hot-filament cvd by zircon dioxide sensors. Vacuum, 82(6):599 – 607, 2008.

[15] Araki, Wakako and Arai, Yoshio. Molecular dynamics study on oxygen diffusion in yttria-stabilized zirconia subjected to uniaxial stress in terms of yttria concentration and stress direction. Solid State Ionics, 181(33):1534 – 1541, 2010.