极限电流型氧传感器通常用于冶金、电力、汽车等领域,因其测氧范围广、响应时间短、氧灵敏度高、稳定性高、制备工艺简单且成本较低等特点备受关注。以Y稳定的氧化锆（YSZ）为电解质的氧传感器需要在高温下工作,由此限制了传感器性能的提升。开发在中低温条件下具有较高氧离子电导率的电解质材料可改善氧传感器的性能。掺杂的氧化铈基材料因其在中温下具有比其它材料都要高的电导率,而被认为是最合适替代的电解质。为抑制该材料中产生的电子电导率,本论文,研究了Sm、Nd、Ca多掺杂的铈基电解质的性能,并选择La0.8Sr0.2Fe0.7Ni0.3O3-δ（LSFN）作为致密扩散障碍层材料,采用陶瓷片复合法制备了氧传感器,并对其氧敏性能进行研究。采用溶胶-凝胶法分别制备了Ce0.8Sm0.15-xNdxCa0.05O2-δ（CSNC,x=0,0.05,0.10,0.15）电解质粉体和LSFN混合导体材料。采用X-射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪（Raman）、X射线光电子能谱仪（XPS）、紫外-可见吸收光谱仪（UV-vis）、扫描电子显微镜（SEM）和交流阻抗（AC）等技术分别对CSNC样品的物相结构、表面化学状态、带隙宽度、微观形貌和电性能等进行了研究。采用XRD、SEM和数字源表对LSFN的物相结构、微观形貌及电导性进行表征。结果表明:CSNC系列粉体经800℃焙烧后合成了具有单一立方萤石结构的电解质粉体,且随钕掺杂量的增加,晶胞体积增大;经1300℃烧结后可得到相对密度均大于95%的电解质材料;其中,钕掺杂量为5 mol%时的电解质氧空位浓度最高,禁带宽度最小,电导率在700℃时最大,为2.24×10-2 S/cm。LSFN经800℃焙烧后形成了六方钙钛矿结构,其在700℃时电导率达到359.40 S/cm。以性能最好的Ce0.8Sm0.10Nd0.05Ca0.05O1.875为电解质,以LSFN为致密扩散障碍层材料,采用陶瓷片复合法制备极限电流型氧传感器。研究了不同电解质厚度（0.45、0.55、0.65、0.70mm）和不同致密扩散障碍层厚度（0.65、0.70、0.75、0.85mm）对传感器氧敏感特性的影响。研究结果表明:固定致密扩散障碍层的厚度,在氧含量范围为2～20%时,随着电解质厚度的增大,极限电流平台逐渐增大,达到一定厚度后极限电流平台又逐渐降低,当电解质厚度为0.65 mm时,极限平台达到最优。在氧含量范围为2～20%时,650℃和700℃的氧浓度与极限电流的比值与氧浓度成正比,750℃和800℃的氧浓度与极限电流值成线性关系。在同一氧分压下,极限电流值随着温度的增加而增加,极限电流平台的电压区间也随之减小。用15%和2%的氧气浓度反复转换测量,传感器的上升响应时间大约为8 s,下降响应时间约为13 s。固定电解质的厚度为0.80 mm,当致密扩散障碍层的厚度不同时,随着致密扩散障碍层的厚度增大,在厚度为0.70 mm时,氧浓度在2～20%范围内出现很好的极限电流平台。在700～800℃时,其氧浓度与极限电流呈线性关系,在650℃时,氧气浓度和极限电流的比值与氧浓度呈正相关。当氧浓度相同时,极限电流值随温度的升高而增大,出现极限电流平台的电压范围降低。该氧传感器在浓度为15%和2%切换测得的响应时间在12 s以内。