مروری بر حسگرهای اکسیژنی زیرکونیایی

اندازه گیری و تعیین مقدار اکسیژن موجود در محیط در صنایع مختلف از جمله صنایع ذوب فلزات و متالورژی، اتومبیل و خودرو، سیمان و نیروگاه های برق نقش کلیدی در کنترل و بهینه سازی فرآیند تولید دارد. آزمون های متنوعی مانند روش های شیمیایی کروماتوگرافی و آزمون های الکتروشیمیایی برای اندازه گیری میزان اکسیژن وجود دارد. حسگرهای اکسیژنی زیرکونیایی (اکسید زیرکونیوم) در زمره روش های الکتروشیمیایی محسوب می گردند. استفاده از این حسگرها برای تعیین میزان اکسیژن موجود در محیط های 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 منحصربه فردی چون دمای ذوب بالا (2680 K)، پایداری شیمیایی و ابعادی مناسب در محیط های خورنده، سختی بالا، مدول یانگ نسبتا پایین و نیز خواص ریزساختاری و شبکه ای، کاربردهای گوناگونی در حوزه های محتلف از جمله حسگرهای گازی و پیل های 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 می افتد. در نتیجه با استفاده از مکانیزم هدایت یونی، امکان مانیتورینگ گرادیان اکسیژنی در محیط های مختلف وجود داشته و مقدار اکسیژن موجود در محیط با اندازه گیری نیروهای الکتروموتوری ایجادشده، بدست می آید.