NO會與臭氧層反應產生NO2，NO2再與大氣中的水蒸氣結合形成HNO3產生酸雨。另外，在NO2陽光的催化下也會產生光煙霧等揮發物，導致人類呼吸道疾病的發生，所以世界各國對NOx的排放標準愈趨嚴格，表一為歐洲對汽車廢氣的排放標準。2015年歐洲六期的排放標準將對柴油車要求至0.08 g/km，對汽油車將降至0.06 g/km，因此各汽車製造商紛紛針對如何降低汽車廢氣的排放進行改善。例如利用選擇性觸媒還原系統(Selective Catalytic Reduction; SCR)，搭配即時監控NOx排放的車用感測器，將NOx排放量的電子訊號回饋給車用電腦來控制最佳的引擎燃油/空氣比，以及SCR還原劑的供給量，即可最佳化NOx排放量，近來此市場備受重視。
半導體型NOx感測器
半導體型氣體感測器的發展源於1960年，所使用的材料為WO3、SnO2、In2O3、ZnO、TiO2等，其中SnO2為應用最早的半導體材料之一，其運作的原理是利用加熱氧化物在相對較低的溫度（一般在600˚C以下），材料表面電阻會隨著待測氣體濃度而改變，為避免其他氣體如CO或氧氣影響SnO2對NOx氣體的量測，在感測器結構設計上是利用氧化鋯(ZrO2)做成的氧幫浦，將待測氣體中的氧氣排出，觸媒的部分可將其他易與SnO2反應之CO或VOC氣體進行過濾，確保只有NOx可與感測材料參與反應。
圖二、半導體型NOx感測器
電位型NOx感測器
電位型NOx感測器的運作原理其實是以具有離子導電性的氧化鋯材料為設計主軸，搭配各種電極材料來強化對NOx氣體的選擇性，因此無論是氣體量測的穩定性或靈敏度都比半導體型感測器好。ZrO2是一種用途廣泛之材料，可做為耐火材，耐蝕性佳，同時還具有高溫導電性與氧離子導電率，但一般不使用純ZrO2材料，除了不具導電性之外，主要是因純ZrO2在1,200˚C時，晶體結構會由單斜相轉為四方斜相，進而發生體積上的大量變化，使得純氧化鋯燒結體之燒結緻密度不佳，因此機械強度不高，其純氧化鋯晶體結構變化可依溫度分為①單斜相(Monoclimic)，<1,200˚C。
圖三、氧化鋯氧氣感測器的基本原理
目前NOx感測器以日本礙子NGK的發展最為成熟，並且為了有效檢測非常低濃度的NOx含量，在整個NOx感測器的設計上更作了許多專利上的布局。其設計概念首先是針對欲量測之氣體中移除所含之既有氧氣，再將含有NOx之剩餘氣體經由觸媒還原成氮氣與氧氣，進而量測後者的氧濃度分壓來推算NOx的含量，如圖五所示。將NOx感測器分為兩個氣室，第一個氣室利用氧氣感測器的原理先將大氣中的氧氣進行脫附，藉由主動電流的方式使大氣中的氧氣擴散至外界，剩餘的氣體經由擴散方式進入第二氣室，第二個氣室中則是利用高還原性觸媒之材料電極將NOx進行還原成氮氣與氧氣，此技術困難點在於低含量(≦50 ppm)的NOx檢測上，電流訊號非常微弱，僅在數個nA到uA之間，感測器在外罩的絕緣上應避免漏電流現象，以及在第一氣室須避免NOx產生與反應影響量測的精準度，此感測器對NH3也較為敏感。
電流型感測器
電流型NOx感測器其實就是利用“氧幫浦”的概念，在電極兩側提供一固定電壓，將感測器置入含有NOx的氣體環境中，當提供之電壓超過NOx氣體的分解電壓時，NOx與氧離子作用造成電流改變……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
作者：莊凱翔、邱國創 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌324期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=11524