固態(tài)聚合物電化學(xué)傳感技術(shù)是電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的一次技術(shù)創(chuàng)新突破，來自工業(yè)級(jí)技術(shù)，仍舊依據(jù)電化學(xué)氣體檢測(cè)原理，測(cè)量可以化學(xué)分解的不同氣體。 傳感器是由三個(gè)與電解質(zhì)接觸的電極，不同電極由不同貴金屬及其它合成材料組成。電極、電解質(zhì)和周圍空氣接觸，氣體通過多孔膜背面擴(kuò)散入傳感器的工作電極，在該電極上氣體被氧化或還原，產(chǎn)生同等比例的微弱電流信號(hào)，外部電路將信號(hào)采集，并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，氣體濃度與電流信號(hào)成正比，這種電化學(xué)反應(yīng)技術(shù)無需外部供電，無功耗。
技術(shù)檢測(cè)原理
固態(tài)聚合物電化學(xué)傳感技術(shù)是電化學(xué)氣體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的一次革命性技術(shù)創(chuàng)新。本質(zhì)上，該技術(shù)基于電化學(xué)催化反應(yīng)的原理。傳感器采用三電極設(shè)計(jì)，可以連續(xù)進(jìn)行氣體濃度測(cè)量，傳感器主要由三電極系統(tǒng)(工作電極, 對(duì)電極, 參比電極)、固態(tài)電解質(zhì)組成，并在恒電位下工作，被氣體通過擴(kuò)散孔到達(dá)傳感器的工作電極，在電極的多孔微觀表面發(fā)生電化學(xué)氧化或還原反應(yīng)，反應(yīng)的質(zhì)子通過聚合物電解質(zhì)遷移到對(duì)電極，電流信號(hào)大小與被測(cè)氣體濃度成正比。
由第一菲克定律表示：
i = nFDC
因此，流過的電流與目標(biāo)氣體的濃度成正比，參比電極與恒電位儀保持電位恒定。
例如：
一氧化碳(CO)傳感器，將發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)：
CO + H2O→CO2 + 2 H + + 2 e-
質(zhì)子擴(kuò)散到對(duì)電極，在該電極上，氧氣還原為水：
2 H + + 2 e- + O2→H2O
固態(tài)傳感器原理特性
1、固態(tài)電解質(zhì)_非流動(dòng)液體，可很好保持三相界面的穩(wěn)定；
2、固態(tài)電解質(zhì)_固化材料吸水性低不會(huì)造成漏液；
3、固態(tài)電解質(zhì)_溶解度低，可抗擊高濃度氣體沖擊，不中毒；
4、固態(tài)電解質(zhì)_無液體消耗，可保持長(zhǎng)久靈敏度，固長(zhǎng)壽命；
5、固態(tài)電解質(zhì)_可實(shí)現(xiàn)印刷工藝，自動(dòng)化生產(chǎn)，一致性更好；
固態(tài)傳感器物理特性
固態(tài)傳感器技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
固態(tài)與液態(tài)對(duì)比
由固態(tài)聚合物電解質(zhì)取代酸性液態(tài)電解液
I.這對(duì)液態(tài)傳感器意味著什么？
1.因?yàn)樗嵝噪娊庖河懈g性，所以標(biāo)準(zhǔn)傳感器有密封外殼；
2.漏液風(fēng)險(xiǎn)：因?yàn)閘硫酸具有很強(qiáng)的吸水性，因此始終有在潮濕大氣中會(huì)導(dǎo)致液體池飽滿溢出，破壞內(nèi)部電級(jí)層和腐蝕損壞外部電子器件；
3.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)工藝繁瑣會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量控質(zhì)難度加大，不確定的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)增加；
4.因此液態(tài)傳感器體積較大。
II.與固態(tài)聚合物的差別是什么?
1.固體電解質(zhì)不危險(xiǎn)，不會(huì)漏液，并且更易于運(yùn)輸；
2.制程工藝全自動(dòng)化完成，數(shù)字化工藝流程管理，質(zhì)量可控，一致性更佳；
3.讀數(shù)非常快速，并且立即反作用于環(huán)境。與不同濕度或溫度的相關(guān)性是立即相關(guān)，不會(huì)被延遲。
4.體積小巧，更利于儀表的集成化應(yīng)用設(shè)計(jì)。
固態(tài)與液態(tài)性能差異
℃溫度相關(guān)性與液態(tài)電化學(xué)傳感器不同
通常環(huán)境溫度變化也會(huì)改變空氣中的相對(duì)濕度
液態(tài)傳感器
傳感器溫度太高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致液態(tài)傳感器的內(nèi)部電解液中水分持續(xù)揮發(fā)，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)慢，因?yàn)殡娮恿鲃?dòng)速度阻力較大，長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下將會(huì)導(dǎo)致干涸，傳感器損壞。
溫度范圍在0度以下時(shí)內(nèi)部的液態(tài)點(diǎn)解液將會(huì)被逐漸凍住，導(dǎo)致電子無法流動(dòng)，從而無信號(hào)輸出，對(duì)氣體無反應(yīng)或反應(yīng)微弱，但溫度升高，傳感器會(huì)恢復(fù)。
固態(tài)傳感器
聚合物傳感器立即對(duì)不同的濕度做出反應(yīng)，可以適應(yīng)15%~95%濕度，-40oC低溫下工作表現(xiàn)依然很好,傳感器非常小，因而在數(shù)分鐘內(nèi)就適應(yīng)新溫度了。
固態(tài)傳感器所用所有材料適用于高達(dá)70oC低至-40oC的傳感器。但是，70oC以及非常干燥的空氣會(huì)使電解質(zhì)特性發(fā)生改變，導(dǎo)致靈敏度下降。
固態(tài)與液態(tài)性能差異
RH濕度相關(guān)性 與液態(tài)電化學(xué)傳感器不同
標(biāo)準(zhǔn)濕度范圍為15%相對(duì)濕度至95%相對(duì)濕度之間，無冷凝。
液態(tài)傳感器
會(huì)在濕度較大時(shí)，由于內(nèi)部的液態(tài)電解液的吸水性特點(diǎn)，持續(xù)吸入空氣中濕度，導(dǎo)致傳感器的性能不斷改變，終吸入水分太多，無法在內(nèi)部容下時(shí)，會(huì)滲透出外殼導(dǎo)致酸性電解液腐蝕外表設(shè)備，導(dǎo)致物理性損壞，壽命終止；
太干燥時(shí)，會(huì)導(dǎo)致液態(tài)傳感器的內(nèi)部電解液中水分持續(xù)揮發(fā)，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)慢，因?yàn)殡娮恿鲃?dòng)速度阻力較大，長(zhǎng)期在干燥環(huán)境下將會(huì)導(dǎo)致干涸，傳感器損壞。
固態(tài)傳感器
冷凝水不能堵塞擴(kuò)散孔，但會(huì)改變傳感器的瞬時(shí)性能。從一開始15%的相對(duì)濕度在30分鐘內(nèi)變到90%，相關(guān)性發(fā)生變化。
氣體濃度為一定濃度時(shí)，可以看到，在初10分鐘內(nèi)有信號(hào)下降，這是對(duì)干燥空氣的一種穩(wěn)定過程。
相對(duì)濕度變到90%時(shí)，顯示出沒有變化。在23oC的室溫下進(jìn)行測(cè)試。
