مروری بر حسگرهای اکسیژنی زیرکونیایی

Abstract

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.