JP2002350388A - Carbon dioxide sensing element of solid electrolyte type - Google Patents

Carbon dioxide sensing element of solid electrolyte type

Info

Publication number
JP2002350388A
JP2002350388A JP2001153832A JP2001153832A JP2002350388A JP 2002350388 A JP2002350388 A JP 2002350388A JP 2001153832 A JP2001153832 A JP 2001153832A JP 2001153832 A JP2001153832 A JP 2001153832A JP 2002350388 A JP2002350388 A JP 2002350388A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
carbon dioxide
sensor element
electromotive force
electrolyte layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001153832A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiko Matsui
光彦 松井
Hiromi Kamimura
裕美 上村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokuyama Corp filed Critical Tokuyama Corp
Priority to JP2001153832A priority Critical patent/JP2002350388A/en
Publication of JP2002350388A publication Critical patent/JP2002350388A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon dioxide sensing element of solid electrolyte type having such properties that the electromotive force does not vary even in the case the sensing element with a non-heated state is left for a long time in a highly moist atmosphere with a condition such as high humidity, dew formation or the like, the variation of the electromotive force is little even in the case of being used for a long time, and the period, during which the electromotive force varies and becomes stable in the case that the concentration of the carbon dioxide largely fluctuates, is reduced. SOLUTION: The carbon dioxide sensing element of solid electrolyte type is formed by joining a working electrode and a reference electrode to the surface of a solid electrolyte layer. The solid electrolyte layer is composed of a solid electrolyte material containing either NaNd9 (SiO4 )6 O2 or LiNd9 (SiO4 )O2 , and if necessary at least one kind of compound selected from materials of titanium oxide, zirconium oxide and silicic acid zirconium.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、雰囲気中に含まれ
る炭酸ガスの濃度を測定するための固体電解質型炭酸ガ
スセンサ素子に関する。更に詳しくは、被検出ガスの濃
度変化が激しい環境測定用に好適に使用できる固体電解
質型炭酸ガスセンサ素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid oxide carbon dioxide sensor element for measuring the concentration of carbon dioxide contained in an atmosphere. More specifically, the present invention relates to a solid electrolyte type carbon dioxide sensor element which can be suitably used for environmental measurement in which the concentration of a gas to be detected changes greatly.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、住環境、特に室内環境に対する関
心が高まっており、例えば室内の炭酸ガス濃度をモニタ
リングし、炭酸ガス濃度が高くなった場合に自動的に換
気を行なうような炭酸ガスセンサ素子を搭載した空気清
浄装置が開発されている。また、公害防止或いはその対
策の観点から環境中の炭酸ガス濃度変化を常時測定する
所謂環境測定の重要性も高まっている。これら空気清浄
装置等の制御装置或いは警報装置、または環境測定装置
などに組み込まれる炭酸ガスセンサ素子としては、ガス
選択性が高く小型化が容易で作動条件が広く、更に保守
性に優れるという特長を有する固体電解質型炭酸ガスセ
ンサ素子が適している。
2. Description of the Related Art In recent years, interest in a living environment, particularly an indoor environment, has been increasing. For example, a carbon dioxide gas sensor element which monitors indoor carbon dioxide gas concentration and automatically ventilates when the carbon dioxide gas concentration becomes high. An air purifier equipped with is developed. Also, from the viewpoint of pollution prevention or countermeasures, the importance of so-called environmental measurement for constantly measuring changes in the concentration of carbon dioxide in the environment is increasing. As a carbon dioxide sensor element incorporated in a control device or an alarm device such as an air purifying device, or an environment measuring device, it has features of high gas selectivity, easy downsizing, wide operating conditions, and excellent maintainability. A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element is suitable.

【0003】固体電解質型炭酸ガスセンサ素子は、一般
に、(a)イオン伝導体である“固体電解質層”に、(b)電
子伝導物質、及び被測定ガスである炭酸ガスとの平衡反
応を引き起こすことができる補助電極物質を含む“作用
電極”、並びに(c)電子伝導物質を含む“参照電極”が
接合された基本構造を有している。このような炭酸ガス
センサ素子においては、付属するヒーターによって10
0℃〜600℃の一定温度に加熱された状態で被測定ガ
スを含む雰囲気中に放置されると、作用電極層に含まれ
る補助電極物質と被測定ガスとの間で解離平衡反応が平
衡に達するまで進行して作用電極層付近で固体電解質層
の可動イオン濃度に変化が生じ、結果として固体電解質
層を介して作用電極層と参照電極層との間に被測定ガス
濃度に応じたある一定の起電力が発生するので、該起電
力を測定することによって被測定ガス濃度を知ることが
できる。
[0003] A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element generally causes (a) an equilibrium reaction between (b) an electron conductive substance and carbon dioxide as a gas to be measured in a "solid electrolyte layer" as an ion conductor. It has a basic structure in which a “working electrode” containing an auxiliary electrode material and a “reference electrode” containing (c) an electron conducting material are joined. In such a carbon dioxide gas sensor element, 10 mm is supplied by an attached heater.
When left in an atmosphere containing the gas to be measured while being heated to a constant temperature of 0 ° C. to 600 ° C., the dissociation equilibrium reaction between the auxiliary electrode material contained in the working electrode layer and the gas to be measured equilibrates. The mobile ion concentration of the solid electrolyte layer changes in the vicinity of the working electrode layer until it reaches the working electrode layer, and as a result, there is a certain constant depending on the gas concentration to be measured between the working electrode layer and the reference electrode layer via the solid electrolyte layer. Since the electromotive force is generated, the concentration of the gas to be measured can be known by measuring the electromotive force.

【0004】従来一般的に知られている固体電解質型炭
酸ガスセンサ素子においては、固体電解質層を形成する
固体電解質としてNASICON(Na1+AZr
3−A12、但し0≦A≦3)、Li−β−A
等のナトリウムイオン伝導性物質やリチウムイ
オン伝導性物質などが、作用電極および参照電極に含ま
れる電子伝導物質(該物質は起電力を検出するために必
要な物質である)としては、金や白金など耐熱、耐酸化
性に優れた貴金属材料が、さらに作用電極に含まれる補
助電極物質としてはアルカリ金属炭酸塩やアルカリ土類
金属炭酸塩が一般に用いられている。
In a conventionally known solid electrolyte type carbon dioxide sensor element, NASICON (Na 1 + A Zr 2 S) is used as a solid electrolyte for forming a solid electrolyte layer.
i A P 3-A O 12 , where 0 ≦ A ≦ 3), Li -β-A
A sodium ion conductive material such as l 2 O 3 and a lithium ion conductive material are examples of electron conductive materials contained in the working electrode and the reference electrode (the materials are necessary for detecting electromotive force). In general, a noble metal material such as gold or platinum having excellent heat resistance and oxidation resistance is used, and an alkali metal carbonate or an alkaline earth metal carbonate is generally used as an auxiliary electrode substance contained in the working electrode.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の固体電解質型炭酸ガスセンサ素子は、高湿度
雰囲気や結露雰囲気などにセンサ自体が非加熱で放置さ
れると、所定の炭酸ガス濃度における起電力が放置前に
比べて著しく低下する(以下、このような現象が起り易
いことを耐湿安定性が悪いといい、このような現象が起
り難いことを耐湿安定性が高いともいう。)という問題
がある。また、従来一般的に使用されている固体電解質
型炭酸ガスセンサ素子においては、炭酸ガス濃度の変動
に従って起電力が変化し安定するまでの時間(以下、応
答時間と称す。)が10分以上と長いため、被検出ガス
の濃度変化が激しくその変化に対する応答時間(応答速
度)が重要な因子となっている環境計測用に使用するに
は問題があった。
However, such a conventional solid electrolyte type carbon dioxide sensor element, when left unheated in a high-humidity atmosphere or a dew-condensation atmosphere, causes a rise in a predetermined carbon dioxide gas concentration. The problem is that the power is significantly reduced as compared to before leaving the device unattended (hereinafter, the phenomenon that such a phenomenon is likely to occur is referred to as poor moisture resistance stability, and the fact that such a phenomenon is unlikely to occur is also referred to as high moisture resistance stability). There is. In a conventional solid electrolyte type carbon dioxide sensor element generally used, the time required for the electromotive force to change and stabilize according to the fluctuation of the carbon dioxide gas concentration (hereinafter referred to as response time) is as long as 10 minutes or more. Therefore, there is a problem in use for environmental measurement in which the concentration of the gas to be detected changes greatly and the response time (response speed) to the change is an important factor.

【0006】上記耐湿安定性の問題に関しては、リチウ
ム・チタン珪酸塩(LiTiSiO)を含む固体電
解質層を用いることにより解決することができることが
知られている(特開2001−33426号公報)が、
該素子は前記した空気清浄装置におけるオン−オフ制御
用、或いは警報器用のセンサ素子として開発されたもの
であるため、その性能評価としてあまり問題にならない
応答時間(応答速度)については検討されていない。ま
た、LiTiSiOを含む固体電解質層を用いた固
体電解質型炭酸ガスセンサ素子は、非加熱の状態で高湿
度の雰囲気中に長時間放置されても起電力の値が変化せ
ず、しかも作動を開始してから起電力が安定するまでの
時間が短いという特徴を有する優れたものであるが、加
熱を続けた状態を長期間継続すると所定の炭酸ガス濃度
における起電力値が初期値に比べ変化する(所謂ドリフ
トが発生する)という問題があった。例えば固体電解質
層がLiTiSiOのみからなる素子を用いて後述
する実施例に示す長期安定性試験を行なった場合、60
日間連続使用後に350ppm及び2000ppmにお
ける起電力は約10%低くなる。このようなドリフトの
問題はフィードバック制御系を組むこと等により解決可
能であるが、回路が複雑になってしまうため、センサ素
子の小型化や消費電力低減の観点からすればこのような
制御系の付加は望ましくない。
It is known that the problem of the moisture resistance stability can be solved by using a solid electrolyte layer containing lithium titanium silicate (Li 2 TiSiO 5 ) (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-33426). )But,
Since this element has been developed as a sensor element for on-off control or an alarm device in the above-described air purifying apparatus, a response time (response speed) that does not cause much problem in performance evaluation has been studied. . In addition, the solid electrolyte type carbon dioxide sensor element using the solid electrolyte layer containing Li 2 TiSiO 5 does not change the value of the electromotive force even if it is left in a high humidity atmosphere without heating for a long time. It is an excellent thing that has the feature that the time until the electromotive force is stabilized after the start is started, but if the state where heating is continued is continued for a long time, the electromotive force value at a predetermined carbon dioxide gas concentration is compared with the initial value. There is a problem of change (so-called drift occurs). For example, when a long-term stability test shown in Examples described later is performed using an element whose solid electrolyte layer is made only of Li 2 TiSiO 5 ,
After 350 days of continuous use, the electromotive force at 350 ppm and 2000 ppm is about 10% lower. Such a drift problem can be solved by forming a feedback control system or the like, but the circuit becomes complicated, and from the viewpoint of miniaturization of the sensor element and reduction of power consumption, such a control system is difficult. Addition is undesirable.

【0007】そこで、本発明は、耐湿安定性が高く、応
答時間が短く、しかも長時間連続使用してもドリフトが
起り難い固体電解質型炭酸ガスセンサ素子を提供するこ
とを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid electrolyte type carbon dioxide sensor element having high moisture resistance stability, a short response time, and hardly causing drift even when used continuously for a long time.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく研究を重ねた結果、固体電解質型炭酸ガス
センサ素子の固体電解質層を形成する固体電解質として
NaNd(SiO又はLiNd(SiO
を含有する固体電解質を用いた場合には、耐
湿安定性が向上すると共に、ドリフトが起り難く、さら
に応答時間が大幅に短縮するという知見を得、本発明を
提案するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of repeated studies to solve the above problems, the present inventors have found that NaNd 9 (SiO 4 ) 6 is used as a solid electrolyte for forming a solid electrolyte layer of a solid electrolyte type carbon dioxide sensor element. O 2 or LiNd 9 (SiO
4 ) When a solid electrolyte containing 6 O 2 is used, it has been found that the moisture resistance stability is improved, drift is less likely to occur, and the response time is drastically shortened. Was.

【0009】即ち、本発明は、固体電解質層の表面に作
用電極及び参照電極が接合されてなる固体電解質型炭酸
ガスセンサ素子において、該固体電解質層がNaNd
(SiO又はLiNd(SiO
を含有する固体電解質で構成されることを特徴とする固
体電解質型炭酸ガスセンサ素子である。
That is, the present invention relates to a solid electrolyte type carbon dioxide sensor element in which a working electrode and a reference electrode are joined to the surface of a solid electrolyte layer, wherein the solid electrolyte layer is made of NaNd 9
(SiO 4 ) 6 O 2 or LiNd 9 (SiO 4 ) 6 O 2
And a solid electrolyte type carbon dioxide sensor element comprising a solid electrolyte containing:

【0010】上記本発明の固体電解質型炭酸ガスセンサ
素子の中でも、固体電解質層を構成する固体電解質が、
酸化チタン、酸化ジルコニウム、及び珪酸ジルコニウム
からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を更に
含有するものは、より耐湿安定性が高いという特徴を有
する。
In the solid electrolyte type carbon dioxide sensor element of the present invention, the solid electrolyte constituting the solid electrolyte layer is
Those further containing at least one compound selected from the group consisting of titanium oxide, zirconium oxide, and zirconium silicate are characterized by higher moisture resistance stability.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の固体電解質型炭酸ガスセ
ンサ素子は、固体電解質層としてNaNd(Si
又はLiNd(SiOを含有
する固体電解質からなる固体電解質層を使用することを
最大の特徴とする。これら固体電解質は炭酸ガス濃度に
応じたある一定の起電力を発生するため炭酸ガスセンサ
としての利用が可能であるのみならず、これら固体電解
質を使用することにより耐湿安定性を向上させ、ドリフ
トの発生を抑制し、しかも応答時間を例えば2分以内に
抑えることが可能となる。なお、固体電解質とは、イオ
ンが導電担体である導電性固体を意味し、全体としてイ
オン導電性を有すればイオン導電性を有しない物質を含
有していてもよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The solid electrolyte type carbon dioxide sensor element of the present invention has a solid electrolyte layer of NaNd 9 (Si
The greatest feature is to use a solid electrolyte layer made of a solid electrolyte containing O 4 ) 6 O 2 or LiNd 9 (SiO 4 ) 6 O 2 . These solid electrolytes generate a certain electromotive force according to the concentration of carbon dioxide, so they can be used not only as carbon dioxide sensors, but also by using these solid electrolytes, improve the moisture resistance stability and generate drift. , And the response time can be suppressed to, for example, 2 minutes or less. Note that the solid electrolyte means a conductive solid in which ions are conductive carriers, and may contain a substance having no ionic conductivity as long as it has ionic conductivity as a whole.

【0012】本発明の固体電解質型炭酸ガスセンサ素子
で使用するNaNd(SiO およびLiN
(SiOとは、X線回折測定を行なった
時にそれぞれJCPDSカード番号(ファイル番号)3
2−1133{NaNd(SiO}および
JCPDSカード番号(ファイル番号)32−576
{LiNd(SiO}に示される回折パタ
ーンを示す化合物を意味し、X線回折パターンから同一
の物質と認識できるものであれば各化合物の化学組成
(各構成元素の組成比)は上記各組成式に示されるもの
から僅かにずれていてもよく、更に不純物元素を少量含
んでいてもよい。これらNaNd(SiO
およびLiNd(SiOは、Na
、LiCO 、SiO、Nd(CO
どの粉末を、各種金属又は半金族元素(陽イオンとなり
得る元素)の割合が上記組成式と一致するような割合で
混合した後に400℃〜1300℃の温度範囲で焼成す
ることにより得ることができる。また、NaOC
、LiOCH、Si(OC、Nd
(OCなどの金属アルコキシドを各種金属又
は半金族元素(陽イオンとなり得る元素)の割合が上記
組成式と一致するような割合で混合し、これを加水分解
・重縮合させてゾル又はゲルを得、これをそのまま又は
粉砕してから400℃〜1300℃の温度範囲で焼成す
ることによっても得ることができる。なお、金属アルコ
キシドを用いる場合には、各金属アルコキシドを加水分
解、重縮合してゾル又はゲルを得、これらを所定の割合
になるように混合しても勿論かまわない。
The solid electrolyte type carbon dioxide sensor element of the present invention.
NaNd used in9(SiO4) 6O2And LiN
d9(SiO4)6O2Means that an X-ray diffraction measurement was performed
Sometimes JCPDS card number (file number) 3
2-1133 NaNd9(SiO4)6O2}and
JCPDS card number (file number) 32-576
{LiNd9(SiO4)6O2Diffraction pattern shown in}
Mean the same compound from the X-ray diffraction pattern
Chemical composition of each compound if it can be recognized as a substance
(Composition ratio of each constituent element) is as shown in the above composition formula
May slightly deviate from the
You may go out. These NaNd9(SiO 4)6O2
And LiNd9(SiO4)6O2Is Na2C
O3, Li2CO 3, SiO2, Nd2(CO3)3What
Which powder is used for various metals or metalloids
Element) to a ratio that matches the above composition formula.
After mixing, bake at a temperature in the range of 400 ° C to 1300 ° C.
Can be obtained. Also, NaOC
2H5, LiOCH3, Si (OC2H5)4, Nd
(OC3H7)3And other metal alkoxides
Is the ratio of semi-metallic elements (elements that can be cations)
Mix in a ratio that matches the composition formula and hydrolyze it
・ Polycondensation to obtain sol or gel,
After crushing, bake in the temperature range of 400 ° C to 1300 ° C.
Can also be obtained. In addition, metal Alco
When using an oxide, each metal alkoxide is hydrolyzed.
Sol and gel are obtained by dissolving and polycondensing,
Of course, it does not matter if they are mixed so that

【0013】本発明の固体電解質型炭酸ガスセンサ素子
で使用する固体電解質層はNaNd (SiO
又はLiNd(SiOの何れか一方のみ
からなっていてもよいが、耐湿安定性をより向上させる
ために、酸化チタン、酸化ジルコニウム、及び珪酸ジル
コニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合
物を添加するのが好適である。これら添加物の含有量は
特に制限されないが、固体電解質層が簡便に形成でき、
また連続使用時における起電力の安定性をより高めるこ
とができることから、NaNd(SiO
はLiNd(SiOに1モルに対して0.
05〜5モル、特に0.1〜2モルであることが好まし
い。また、効果の観点から固体電解質層に含まれるイオ
ン導電性物質は1種類であるのが好適であるが、本発明
の効果を阻害しない範囲であれば違う種類の公知のイオ
ン導電性化合物が含まれていてもよい。
The solid electrolyte type carbon dioxide sensor element of the present invention.
The solid electrolyte layer used in NaNd 9(SiO4)6O
2Or LiNd9(SiO4)6O2Only one of
It may consist of, but further improves the moisture resistance stability
For titanium oxide, zirconium oxide, and zirconium silicate
At least one compound selected from the group consisting of conium
Preferably, a substance is added. The content of these additives is
Although not particularly limited, the solid electrolyte layer can be easily formed,
It is also necessary to improve the stability of electromotive force during continuous use.
NaNd9(SiO4)6O2or
Is LiNd9(SiO4)6O2To 1 mole per mole.
It is preferably from 0.5 to 5 mol, particularly preferably from 0.1 to 2 mol.
No. In addition, from the viewpoint of the effect, the ion contained in the solid electrolyte layer
Preferably, the conductive material is one kind.
Different types of known ions as long as the effect of
A conductive compound may be included.

【0014】本発明において、NaNd(SiO
又はLiNd(SiO 、及び必要に
応じて酸化チタン、酸化ジルコニウム、及び珪酸ジルコ
ニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物
を含む固体電解質層を形成する方法は特に限定されない
が、予め、NaNd(SiO粉末又はL
iNd(SiO粉末を調製し、所定量のこ
れら粉末に必要に応じて酸化チタン、シリカ、ジルコニ
ア、珪酸リチウム及び珪酸ジルコニウムからなる群より
選ばれる少なくとも1種類の化合物の粉末(以下、任意
成分粉末ともいう。)を所定量添加して混合した後に成
形し、次いで焼結する方法、又はNaNd(SiO
又はLiNd(SiOの原料と
なる各種物質の粉末の混合物に必要に応じて所定量の任
意成分粉末を添加、混合した後に成形して焼結する方法
等により好適に行なうことができる。なお、上記の方
法で使用する原料物質としては前記したような炭酸塩、
金属アルコキシド、各種金属アルコキシドをそのまま又
は混合した後に加水分解、重縮合させて得たゾル又はゲ
ル等が使用できる。また、任意成分粉末についても焼結
時に各化合物に転化する原料の形で添加してもよい。
In the present invention, NaNd9(SiO4)
6O2Or LiNd9(SiO4) 6O2And as needed
Titanium oxide, zirconium oxide, and zirconium silicate depending on
At least one compound selected from the group consisting of
The method for forming the solid electrolyte layer containing is not particularly limited.
However, in advance, NaNd9(SiO4)6O2Powder or L
iNd9(SiO4)6O2Prepare the powder, and
Titanium oxide, silica, zirconia
A, from the group consisting of lithium silicate and zirconium silicate
Powder of at least one selected compound (hereinafter, optional)
Also called component powder. ) Is added and mixed after
Shaping and then sintering, or NaNd9(SiO
4)6O2Or LiNd9(SiO4)6O2Raw materials and
A predetermined amount of the powder mixture of various substances
After adding and mixing the desired component powder, molding and sintering
And so on. In addition, the above
The raw materials used in the method include carbonates as described above,
Metal alkoxides, various metal alkoxides
Is a sol or gel obtained by mixing and hydrolysis and polycondensation.
Can be used. Also, sintering of optional component powders
Sometimes, it may be added in the form of a raw material that is converted into each compound.

【0015】上記及びの方法で、混合粉末を成形、
焼結する方法は特に限定されず、一軸プレス、等方静水
圧プレス等のプレスによって成型した後、焼結する方
法;粉末をバインダー及び溶媒と混練してペースト化し
た後にドクターブレード法などによりグリーンシート化
して焼結する方法;上記ペーストをスクリーン印刷法な
どによって基板上に厚膜として形成した後、焼成して基
板上に焼き付ける方法などが一般に採用される。このと
き、焼結は400℃〜1500℃、好適には1000〜
1300℃の温度範囲で加熱することにより行なうこと
ができる。前記の方法においてはこの時に、NaNd
(SiO又はLiNd(SiO
が形成される。なお、固体電解質層の厚みは特に制限
されるものではないが、一般には0.02mm〜2.0
mmの範囲から採用される。
The mixed powder is formed by the above method and the above method.
The method of sintering is not particularly limited. A method of sintering after forming by pressing such as a uniaxial press or an isotropic isostatic press; kneading a powder with a binder and a solvent to form a paste; A method of forming into a sheet and sintering; a method of forming the paste into a thick film on a substrate by a screen printing method or the like, followed by baking and baking the paste on the substrate. At this time, the sintering is performed at 400 ° C to 1500 ° C, preferably 1000 to 1500 ° C.
It can be performed by heating in a temperature range of 1300 ° C. In the above method, at this time, NaNd
9 (SiO 4 ) 6 O 2 or LiNd 9 (SiO 4 ) 6 O
2 are formed. Although the thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, it is generally 0.02 mm to 2.0 mm.
mm.

【0016】これらの製造方法以外に、LiO、Si
、Ndなどの合成原料粉体の混合物をターゲ
ットとして、スパッタリングや蒸着などの薄膜形成技術
を用いて固体電解質層を得ることもできる。
In addition to these production methods, Li 2 O, Si
A solid electrolyte layer can also be obtained using a mixture of synthetic raw material powders such as O 2 and Nd 2 O 3 as a target and using a thin film forming technique such as sputtering or vapor deposition.

【0017】本発明の炭酸ガスセンサ素子は、NaNd
(SiO又はLiNd (SiO
、及び必要に応じて酸化チタン、酸化ジルコニウム、
及び珪酸ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくと
も1種類の化合物を含有する固体電解質からなる固体電
解質層を使用すること以外は従来の固体電解質型ガスセ
ンサ素子と特に変わる点はない。即ち、図1に従来の固
体電解質型炭酸ガスセンサ素子の構造を示すが、本発明
の炭酸ガスセンサ素子もこれと同様に、固体電解質層の
表面に作用電極及び参照電極が接合された基本構造を有
する。なお、図1に示す固体電解質型炭酸ガスセンサ素
子では、加熱用電源7に接続したヒーター6がその裏面
に接合されたアルミナ、結晶化ガラス、窒化アルミニウ
ム等からなるセラミック基板4上に、層状の参照電極
3、固体電解質層2、及び層状の作用電極1がこの順で
積層された積層体が、該積層体の参照電極3がセラミッ
ク基板と接触するようにして接着剤5を用いて接合さ
れ、更に参照電極3及び作用電極1間の電位差を測定す
るための電圧計8が両電極に電気的に接合されている。
本発明の炭酸ガスセンサ素子も図1に示すものと全く同
じ構造を採ることができるが、該構造は一例に過ぎずこ
れに限定されるものではない。例えば作用電極及び参照
電極の配置は、作用電極層及び参照電極層に接触してい
れば特に制限されない。またヒーターの接続態様につい
ても上記態様に限定されるものではなく、センサの作動
を阻害しなければ特に制限されない。さらに、何らかの
方法で素子外部からの加熱によって素子の温度を100
℃〜600℃の一定温度に保つことが可能であればヒー
ターを用いなくてもよい。
[0017] The carbon dioxide sensor element of the present invention comprises NaNd.
9(SiO4)6O2Or LiNd 9(SiO4)6O
2, And if necessary, titanium oxide, zirconium oxide,
And at least one selected from the group consisting of zirconium silicate
Is a solid electrolyte composed of a solid electrolyte containing one type of compound.
Except for using the decomposition layer, the conventional solid electrolyte gas
There is no particular difference from the sensor element. That is, FIG.
1 shows the structure of a body electrolyte type carbon dioxide sensor element according to the present invention.
Similarly, the carbon dioxide sensor element of the solid electrolyte layer
Has a basic structure with a working electrode and a reference electrode joined to the surface
I do. The solid electrolyte type carbon dioxide sensor element shown in FIG.
The heater 6 connected to the heating power supply 7 has a back surface
Alumina, crystallized glass, aluminum nitride bonded to aluminum
Layered reference electrode on a ceramic substrate 4
3, the solid electrolyte layer 2, and the laminar working electrode 1 are arranged in this order.
When the laminated body is stacked, the reference electrode 3 of the laminated body is ceramic.
With an adhesive 5 so as to be in contact with the substrate.
And a potential difference between the reference electrode 3 and the working electrode 1 is measured.
Voltmeter 8 is electrically connected to both electrodes.
The carbon dioxide sensor element of the present invention is exactly the same as that shown in FIG.
Although the same structure can be adopted, this structure is merely an example.
It is not limited to this. Eg working electrode and reference
The electrode arrangement is in contact with the working and reference electrode layers.
If it is, there is no particular limitation. Also, regarding the connection mode of the heater,
However, the present invention is not limited to the above-described embodiment.
Is not particularly limited as long as it is not inhibited. In addition, some
The temperature of the device is set to 100 by heating the device from outside.
If it is possible to maintain a constant temperature of
It is not necessary to use a heater.

【0018】本発明の炭酸ガスセンサ素子において使用
する作用電極、参照電極、及びこれら電極を構成する部
材の構造、材質、形状、及び大きさ等も従来の固体電解
質型ガスセンサ素子において採用されているものが何ら
制限されず適用できる。前記図1に示されるような構造
の本発明の炭酸ガスセンサ素子を例に、以下これら部材
について説明する。
The structure, material, shape, size, etc. of the working electrode, the reference electrode, and the members constituting these electrodes used in the carbon dioxide gas sensor element of the present invention are also employed in the conventional solid electrolyte type gas sensor element. Can be applied without any restrictions. These members will be described below using the carbon dioxide sensor element of the present invention having the structure shown in FIG. 1 as an example.

【0019】まず、作用電極としては、電子伝導物質及
び被測定ガスとの平衡反応を引き起こすことができる補
助電極物質を含む全層厚が0.001〜0.03mmの
層状体からなるものが使用できる。ここで、電子伝導物
質は、後述する参照電極層に含まれる電子伝導物質と同
様に、センサ素子の起電力を出力するための物質であ
り、白金、金、パラジウム、銀などの貴金属元素、これ
らの合金、もしくはこれら貴金属元素の2種類以上を混
合したものが一般的に採用されるが、耐腐食性に優れて
いることから白金、金、又はこれらの混合物若しくは合
金が特に好適に採用される。また、上記補助電極物質と
しては、炭酸ガスが含まれる雰囲気中で炭酸ガスとの平
衡反応を引き起こすことができる物質であれば特に制限
されず、炭酸ナトリウムや炭酸リチウムなどのアルカリ
金属炭酸塩若しくはこれらの混合物、又は炭酸カルシウ
ムや炭酸マグネシウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩若
しくはこれらの混合物が採用されるが、炭酸ガスとの平
衡反応を起こしやすいことから、炭酸ナトリウム又は炭
酸リチウムが好適に採用される。作用電極中に含まれる
両物質(電子伝導物質及び補助電極物質)の含有割合は
特に制限されないが、連続使用時におけるセンサ素子の
起電力のふらつきが少ないことから、作用電極の全重量
(両物質の合計重量)を基準とする電子伝導物質の重量
%で表して、20〜95重量%、特に40〜90%であ
ることが好ましい。なお、作用電極の構造も特に限定さ
れず、(i)電子伝導物質、及び補助電極物質が固体電解
質層表面に層状に積み重ねられた構造、(ii)固体電解質
層表面に形成された補助電極物質層の一部または全部を
電子伝導物質が被覆する構造、(iii)電子伝導物質中に
補助電極物質が分散して存在する構造等の公知の構造を
とり得るが、製造の容易さからは上記(iii)の構造が好
ましい。また、これら構造の作用電極は、電子伝導物質
および補助電極物質をそれぞれ単独でもしくは混合した
後に溶媒及びバインダーと混練してペースト化し、該ペ
ーストをスクリーン印刷法などによって固体電解質層表
面に焼き付ける方法;電子伝導物質および補助電極物質
をスパッタリングや蒸着などの薄膜形成技術によって形
成する方法などの方法により形成できる。
First, a working electrode made of a layered material having a total thickness of 0.001 to 0.03 mm including an electron conductive material and an auxiliary electrode material capable of causing an equilibrium reaction with a gas to be measured is used. it can. Here, the electron conductive material is a material for outputting an electromotive force of the sensor element, similarly to the electron conductive material included in the reference electrode layer described later, and includes a noble metal element such as platinum, gold, palladium, and silver. Alloy or a mixture of two or more of these noble metal elements is generally employed, but platinum, gold, or a mixture or alloy thereof is particularly preferably employed because of its excellent corrosion resistance. . The auxiliary electrode material is not particularly limited as long as it can cause an equilibrium reaction with carbon dioxide in an atmosphere containing carbon dioxide, and alkali metal carbonates such as sodium carbonate and lithium carbonate or these are usable. Or an alkaline earth metal carbonate such as calcium carbonate or magnesium carbonate or a mixture thereof is used. However, since an equilibrium reaction with carbon dioxide gas easily occurs, sodium carbonate or lithium carbonate is preferably used. . Although the content ratio of both substances (electron conductive substance and auxiliary electrode substance) contained in the working electrode is not particularly limited, since the fluctuation of the electromotive force of the sensor element during continuous use is small, the total weight of the working electrode (both substances) Is preferably 20 to 95% by weight, particularly preferably 40 to 90% by weight based on the total weight of the electron conductive material. The structure of the working electrode is not particularly limited, (i) a structure in which the electron conductive material and the auxiliary electrode material are stacked in a layer on the surface of the solid electrolyte layer, and (ii) an auxiliary electrode material formed on the surface of the solid electrolyte layer. A known structure such as a structure in which a part or all of the layer is covered with an electron conductive material, (iii) a structure in which an auxiliary electrode material is dispersed in the electron conductive material, etc. The structure of (iii) is preferred. Further, the working electrode having these structures is prepared by kneading an electron conductive material and an auxiliary electrode material alone or after mixing with a solvent and a binder to form a paste, and baking the paste on the surface of the solid electrolyte layer by a screen printing method or the like; It can be formed by a method such as a method of forming the electron conductive material and the auxiliary electrode material by a thin film forming technique such as sputtering or vapor deposition.

【0020】参照電極としては、上記したような電子伝
導物質、好適には白金、金、又はこれらの混合物若しく
は合金からなる厚さ0.001〜0.03mmの層状体
のものが好適に採用される。該参照電極も上記作用電極
と同様の方法により形成できる。
As the reference electrode, a layered material having a thickness of 0.001 to 0.03 mm made of the above-mentioned electron conductive material, preferably platinum, gold, or a mixture or alloy thereof is preferably employed. You. The reference electrode can also be formed by the same method as the above working electrode.

【0021】本発明の炭酸ガスセンサ素子は、従来の固
体電解質型炭酸ガスセンサ素子と同様に、100〜60
0℃の一定の温度に保たれた条件下で被検出ガスである
炭酸ガスを含み得る雰囲気下に放置することによって使
用され、前記電圧計で測定される起電力に基づいて雰囲
気中の炭酸ガス濃度を測定することができるものである
が、耐湿安定性が高いばかりでなく長時間連続して使用
してもドリフトが起り難いため、フィードバック制御系
が不要であることから小型化が可能である。このため、
ガスセンサ素子を各種装置に搭載して使用する場合にお
いて、本発明の炭酸ガスセンサ素子を用いた場合には、
場所をとらず装置自体をコンパクトにしたり、設計の自
由度を大きくしたりすることも可能となる。また、本発
明の炭酸ガスセンサ素子は雰囲気中の炭酸ガス濃度が変
化した場合における応答時間が短いため、外乱の原因と
の対応を調べたりするために素早い応答が要求される環
境測定装置用のセンサ素子として特に好適に使用でき
る。
The carbon dioxide sensor element of the present invention can be used in the same manner as the conventional solid electrolyte type carbon dioxide sensor element.
It is used by leaving it in an atmosphere that may contain carbon dioxide as a gas to be detected under the condition maintained at a constant temperature of 0 ° C., and the carbon dioxide in the atmosphere is measured based on the electromotive force measured by the voltmeter. Although it can measure concentration, it is not only high in moisture resistance stability but also hard to drift even if used continuously for a long time, so it is possible to reduce the size because no feedback control system is required . For this reason,
When using the gas sensor element mounted on various devices, when using the carbon dioxide sensor element of the present invention,
The device itself can be made compact without taking up space, and the degree of freedom in design can be increased. In addition, since the carbon dioxide sensor element of the present invention has a short response time when the concentration of carbon dioxide in the atmosphere changes, a sensor for an environment measuring device that requires a quick response to investigate the correspondence to the cause of disturbance or the like. It can be particularly suitably used as an element.

【0022】[0022]

【実施例】本発明を具体的に説明するために以下の実施
例を挙げて説明するが、本発明は、これら実施例に制限
されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described specifically with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0023】実施例1 固体電解質型炭酸ガスセンサ素子として、図1に示され
るような断面構造を有する素子を次のようにして作製し
た。即ち、先ずNaOCH、Nd(OC
及びSi(OCをモル比で1:9:6となる
ように混合し、金属アルコキシド化合物を加水分解した
後に100℃で乾燥し、さらに900℃で3時間焼成
し、粉砕することによってNaNd(SiO
の粉末を得た。NaNd(SiOが合成
されたことはX線回折によって確認した。次いで、得ら
れたNaNd(SiO粉末を一軸成形後、
1030℃の大気雰囲気で6時間焼結して円盤状のペレ
ットとし、固体電解質層を形成した。得られたペレット
について、上記のようにして金属アルコキシドから得ら
れたNaNd(SiOを標準試料として、
リートベルト法によりペレットを同定したところ該ペレ
ットは100%NaNd(SiOからなる
ことが確認された。
Example 1 FIG. 1 shows a solid electrolyte type carbon dioxide sensor element.
An element having a cross-sectional structure such as
Was. That is, first, NaOCH3, Nd (OC3H 7)3,
And Si (OC2H5)4Becomes 1: 9: 6 in molar ratio
And hydrolyzed the metal alkoxide compound
After drying at 100 ° C, firing at 900 ° C for 3 hours
NaNd9(SiO4)6O
2Was obtained. NaNd9(SiO4)6O2Is synthesized
This was confirmed by X-ray diffraction. Then get
NaNd9(SiO4)6O2After uniaxially molding the powder,
Sinter for 6 hours at 1030 ° C in air
To form a solid electrolyte layer. The resulting pellet
Is obtained from the metal alkoxide as described above.
NaNd9(SiO4)6O2As a standard sample,
When pellets were identified by the Rietveld method,
100% NaNd9(SiO4)6O2Consists of
It was confirmed that.

【0024】次に5重量%エチルセルロースを溶解した
テルピネオールに、電子伝導物質としての金粉末、およ
び作用電極の全重量100重量%に占める割合で25重
量%の炭酸リチウムを混練してペーストとし、これを上
記固体電解質層の片面にスクリーン印刷、乾燥、650
℃の大気中で30分焼成して膜厚が0.015mmの作
用電極を得た。さらに、5重量%エチルセルロースを溶
解したテルピネオールに、電子伝導物質としての金粉末
を混練してペーストとし、これを上記固体電解質層の作
用電極を形成した面とは反対の表面にスクリーン印刷、
乾燥、650℃の大気中で30分焼成して、膜厚が0.
015mmの参照電極を得た。その後、市販の白金ペー
ストを用いスクリーン印刷法によって形成した白金ヒー
ターを搭載するアルミナ基板を、上記参照電極上に、ヒ
ーターが形成されていない面が接合面になるようにガラ
スよりなる接着剤で接合し、固体電解質型炭酸ガスセン
サ素子を作製した。
Next, terpineol in which 5% by weight of ethylcellulose is dissolved is kneaded with gold powder as an electron conductive material and 25% by weight of lithium carbonate in a proportion of 100% by weight of the total weight of the working electrode to form a paste. On one side of the solid electrolyte layer by screen printing, drying, 650
The working electrode having a thickness of 0.015 mm was obtained by sintering for 30 minutes in the air at ℃. Further, gold powder as an electron conductive material is kneaded with terpineol in which 5% by weight of ethyl cellulose is dissolved to form a paste, and this is screen-printed on the surface of the solid electrolyte layer opposite to the surface on which the working electrode is formed,
Drying and baking for 30 minutes in air at 650 ° C.
A 015 mm reference electrode was obtained. Then, an alumina substrate equipped with a platinum heater formed by a screen printing method using a commercially available platinum paste is bonded to the reference electrode with an adhesive made of glass such that a surface on which the heater is not formed is a bonding surface. Then, a solid electrolyte type carbon dioxide sensor element was manufactured.

【0025】上記の様にして作製した固体電解質型炭酸
ガスセンサ素子について下記(1)〜(3)に示す様に
して耐湿安定性試験、長期安定性試験、応答時間測定を
行った。
The solid electrolyte type carbon dioxide sensor element manufactured as described above was subjected to a moisture resistance test, a long-term stability test, and a response time measurement as shown in the following (1) to (3).

【0026】(1)耐湿性試験 固体電解質型炭酸ガスセンサ素子を作製直後、炭酸ガス
濃度を自由に制御できるチャンバー内に入れ、電源より
ヒーターに直流電圧を印加して、センサ素子を450℃
に加熱した。その後、24時間後にチャンバー内の炭酸
ガス濃度を350ppm及び2000ppmとし、それ
ぞれの濃度における起電力を測定して、これを初期の起
電力とした。また、350ppmの時の起電力値と20
00ppmの時の起電力値との差を求め、これを初期の
感度とした。このようにして初期の起電力を測定した
後、センサ素子をチャンバー内から取り出し、これを温
度60℃、相対湿度90%に保持された恒温恒湿槽内に
入れて、センサ素子のヒーターが非加熱の状態で7日間
放置した後、恒温恒湿槽内から取り出し、初期の起電力
及び感度を測定した場合と同様な方法で、それぞれの濃
度における起電力を測定した。初期の起電力及び感度と
恒温恒湿槽内で放置した後の起電力及び感度の差をそれ
ぞれ求め、センサ素子のヒーター非加熱状態における高
温かつ高湿雰囲気下における耐性を調べた。
(1) Moisture resistance test Immediately after producing a solid electrolyte type carbon dioxide sensor element, the sensor element was placed in a chamber in which the concentration of carbon dioxide gas could be freely controlled, and a DC voltage was applied to a heater from a power supply to bring the sensor element to 450 °
Heated. Then, 24 hours later, the concentration of carbon dioxide in the chamber was set to 350 ppm and 2000 ppm, and the electromotive force at each concentration was measured and used as the initial electromotive force. The electromotive force at 350 ppm and 20
The difference from the electromotive force value at the time of 00 ppm was obtained, and this was used as the initial sensitivity. After measuring the initial electromotive force in this manner, the sensor element is taken out of the chamber and placed in a constant temperature / humidity chamber maintained at a temperature of 60 ° C. and a relative humidity of 90%, and the heater of the sensor element is turned off. After being left in a heated state for 7 days, it was taken out of the thermo-hygrostat, and the electromotive force at each concentration was measured in the same manner as when the initial electromotive force and sensitivity were measured. The difference between the initial electromotive force and sensitivity and the electromotive force and sensitivity after standing in a thermo-hygrostat was determined, respectively, and the resistance of the sensor element in a high-temperature and high-humidity atmosphere in a non-heated heater state was examined.

【0027】(2)長期安定性試験 センサ素子を作製直後、電源よりヒーターに直流電圧を
印加して、チャンバー内でセンサ素子を450℃で24
時間加熱した。24時間後にチャンバー内の炭酸ガス濃
度を350ppm及び2000ppmとし、それぞれの
濃度における起電力を測定して、これを初期の起電力と
した。また、350ppmの時の起電力値と2000p
pmの時の起電力値との差を求め、これを初期の感度と
した。その後、チャンバー内からセンサ素子を取り出
し、大気中にて450℃での加熱状態を維持した。60
日後、再びセンサ素子をチャンバー内に入れ、炭酸ガス
濃度を350ppm及び2000ppmとし、それぞれ
の濃度における起電力を測定して、60日目の起電力と
した。また、350ppmの時の起電力値と2000p
pmの時の起電力値との差を求め、これを60日目の感
度とした。初期の起電力及び感度と60日間450℃で
の加熱を継続させた後の起電力及び感度の差をそれぞれ
求め、加熱を継続させた時のセンサ素子の長期安定性を
評価した。
(2) Long-term stability test Immediately after the production of the sensor element, a DC voltage was applied to the heater from a power supply, and the sensor element was placed in the chamber at 450 ° C. for 24 hours.
Heated for hours. Twenty-four hours later, the concentrations of carbon dioxide in the chamber were set to 350 ppm and 2000 ppm, and the electromotive force at each concentration was measured and used as the initial electromotive force. In addition, the electromotive force at 350 ppm and 2000 p
The difference from the electromotive force value at pm was determined, and this was used as the initial sensitivity. Thereafter, the sensor element was taken out of the chamber, and the heating state at 450 ° C. in the atmosphere was maintained. 60
One day later, the sensor element was put into the chamber again, the carbon dioxide gas concentration was set to 350 ppm and 2000 ppm, and the electromotive force at each concentration was measured. In addition, the electromotive force at 350 ppm and 2000 p
The difference from the electromotive force at the time of pm was determined, and this was defined as the sensitivity on the 60th day. Differences between the initial electromotive force and sensitivity and the electromotive force and sensitivity after heating at 450 ° C. for 60 days were determined, respectively, and the long-term stability of the sensor element when heating was continued was evaluated.

【0028】(3)応答時間の測定 センサ素子を炭酸ガス濃度が350ppmに保たれたチ
ャンバー内に入れた後、電源よりヒーターに直流電圧を
印加してセンサ素子を450℃に加熱した。この時の起
電力を測定し、起電力が一定になったことを確認した
後、センサ素子の温度を450℃に保持したまま直ちに
センサ素子を炭酸ガス濃度が2000ppmに保たれた
別のチャンバー内に移し替え、起電力を測定し、チャン
バーに移し替えてから起電力が一定になるまでの時間を
応答時間とした。
(3) Measurement of Response Time After the sensor element was placed in a chamber maintained at a carbon dioxide concentration of 350 ppm, a DC voltage was applied from a power source to a heater to heat the sensor element to 450 ° C. After measuring the electromotive force at this time and confirming that the electromotive force became constant, the sensor element was immediately held in a separate chamber in which the carbon dioxide gas concentration was maintained at 2000 ppm while the temperature of the sensor element was maintained at 450 ° C. And the electromotive force was measured, and the time from the transfer to the chamber until the electromotive force became constant was defined as the response time.

【0029】以上の方法によって耐湿性試験を行なった
ところ、350ppm及び2000ppmにおける初期
の起電力はそれぞれ211mV及び163mVであり、
感度は48mVであった。また、350ppm及び20
00ppmにおける高湿度暴露処理後の起電力はそれぞ
れ208mV及び162mVであり、感度は46mVで
あった。このように高湿度曝露処理を行っても起電力の
低下はほとんどないことが確認された。また、長期安定
性試験結果は、初期起電力及び感度は350ppm:2
10mV、2000ppm:164mV、及び感度46
mVであり、60日後の起電力及び感度は350pp
m:209mV、2000ppm:163mV、及び感
度46mVであり、長期使用後も性能はほとんど変化し
なかった。また、応答時間は2分と短かった。
When a moisture resistance test was performed by the above method, the initial electromotive forces at 350 ppm and 2000 ppm were 211 mV and 163 mV, respectively.
The sensitivity was 48 mV. 350 ppm and 20 ppm
The electromotive force after the high humidity exposure treatment at 00 ppm was 208 mV and 162 mV, respectively, and the sensitivity was 46 mV. Thus, it was confirmed that the electromotive force hardly decreased even when the high humidity exposure treatment was performed. The results of the long-term stability test show that the initial electromotive force and sensitivity are 350 ppm: 2.
10 mV, 2000 ppm: 164 mV, and sensitivity 46
mV, and the electromotive force and sensitivity after 60 days are 350 pp
m: 209 mV, 2000 ppm: 163 mV, and sensitivity: 46 mV, and the performance hardly changed even after long-term use. The response time was as short as 2 minutes.

【0030】実施例2 LiNd(SiO粉末を固体電解質層の原
料粉末とした他は、実施例1と同様の方法で固体電解質
型炭酸ガスセンサ素子を作製し、評価を行なった。な
お、LiNd(SiO粉末は、NaOCH
の代わりにLiOCHを用いた他は、実施例1と同
様の方法で得た。固体電解質層として用いたペレットに
ついてLiNd(SiOを標準試料とした
リートベルト法により求めた固体電解質層の組成を表1
に、耐湿安定性試験結果、長期安定性試験結果、及び応
答時間を表2に示す。
Example 2 A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that LiNd 9 (SiO 4 ) 6 O 2 powder was used as a raw material powder for the solid electrolyte layer. . Note that LiNd 9 (SiO 4 ) 6 O 2 powder is NaOCH
3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that LiOCH 3 was used instead of 3 . Table 1 shows the composition of the solid electrolyte layer determined by the Rietveld method using LiNd 9 (SiO 4 ) 6 O 2 as a standard sample for the pellets used as the solid electrolyte layer.
Table 2 shows the results of the moisture resistance stability test, the results of the long-term stability test, and the response time.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】[0032]

【表2】 [Table 2]

【0033】実施例3〜6 NaNd(SiO粉末又はLiNd(S
iO粉末にTiO、ZrO、及びZrS
iOからなる群より選ばれる少なくとも1種の粉末と
表1に示す組成比となるように混合して固体電解質層を
形成した以外は実施例1と同様にして固体電解質型炭酸
ガスセンサ素子を作製した。なお、NaNd(SiO
粉末及びLiLa(SiO粉末
は実施例1および2と同様の方法で得たものを使用し
た。また、TiO、ZrO、及びZrSiOの各
粉末は、市販のものをそのまま用いた。得られた固定電
解質層及びセンサ素子について実施例1と同様にして評
価を行なった。リートベルト法により求めた固体電解質
層の組成を表1に、耐湿安定性試験結果、長期安定性試
験結果、及び応答時間を表2に示す。表2に示されるよ
うに耐湿安定性及び長期安定性ともに良好であり、安定
化時間はいずれも2分以内であった。
Examples 3 to 6 NaNd 9 (SiO 4 ) 6 O 2 powder or LiNd 9 (S
TiO 2 , ZrO 2 , and ZrS are added to iO 4 ) 6 O 2 powder.
A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element was produced in the same manner as in Example 1 except that a solid electrolyte layer was formed by mixing at least one kind of powder selected from the group consisting of iO 4 so as to have a composition ratio shown in Table 1. did. Note that NaNd 9 (SiO
4) 6 O 2 powder and LiLa 9 (SiO 4) 6 O 2 powder was used which was obtained in the same manner as in Example 1 and 2. Further, commercially available powders of TiO 2 , ZrO 2 , and ZrSiO 4 were used as they were. The obtained fixed electrolyte layer and sensor element were evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the composition of the solid electrolyte layer obtained by the Rietveld method, and Table 2 shows the results of the moisture resistance stability test, the results of the long-term stability test, and the response time. As shown in Table 2, both the moisture resistance stability and the long-term stability were good, and the stabilization times were all within 2 minutes.

【0034】比較例1 固体電解質層にナシコンよりなる固体電解質層を用いた
他は、実施例1と同様の方法で固体電解質型炭酸ガスセ
ンサ素子を作製した。なお、固体電解質層は、珪酸ジル
コニウムとリン酸ナトリウムをNaZrSiPO
12の組成になるように混合し、1100℃の大気雰囲
気で6時間、焼成することによって粉末を一軸成形後、
1200℃の大気雰囲気で10時間焼結して円盤状のペ
レットとすることによって得た。得られた固定電解質層
及びセンサ素子について実施例1と同様にして評価を行
なった。リートベルト法により求めた固体電解質層の組
成を表1に、耐湿安定性試験結果、長期安定性試験結
果、及び応答時間を表2に示す。表2に示されるように
高湿度曝露処理後の起電力は200mV以上低下し、ま
た、長期安定性試験後においても起電力は20mV以上
低下した。さらにまた、安定化時間は12分であった。
Comparative Example 1 A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a solid electrolyte layer made of NASICON was used for the solid electrolyte layer. The solid electrolyte layer is made of zirconium silicate and sodium phosphate by Na 3 Zr 2 Si 2 PO
After the powder was uniaxially molded by mixing so as to have a composition of 12 and sintering in an air atmosphere at 1100 ° C. for 6 hours,
It was obtained by sintering in an air atmosphere at 1200 ° C. for 10 hours to obtain a disc-shaped pellet. The obtained fixed electrolyte layer and sensor element were evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the composition of the solid electrolyte layer obtained by the Rietveld method, and Table 2 shows the results of the moisture resistance stability test, the results of the long-term stability test, and the response time. As shown in Table 2, the electromotive force after the high humidity exposure treatment decreased by 200 mV or more, and also after the long-term stability test, the electromotive force decreased by 20 mV or more. Furthermore, the stabilization time was 12 minutes.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の固体電解質型炭酸ガスセンサ素
子は、非加熱の状態で高湿度の雰囲気中に長時間放置さ
れても起電力の値が変化せず、しかも作動を開始してか
ら起電力が安定するまでの時間が短く、更に長時間連続
使用してもドリフトが起り難いという特徴を有する優れ
たものである。上記のドリフトが起こり難いという特徴
は、ドリフトを補正するための装置や回路を必要としな
いことを意味し、単に装置の信頼性を高めるばかりでな
く、素子自体或いは該素子を搭載する装置の小型化や装
置設計の自由度の増大という副次的な効果ももたらす。
また、炭酸ガス濃度が変動した場合における応答時間も
短く、例えば炭酸ガス濃度が瞬時に約6倍変化しても起
電力は2分以内に安定する。したがって、本発明の固体
電解質型炭酸ガスセンサ素子は、速い応答速度が要求さ
れる環境測定用の炭酸ガスセンサ素子として特に好適に
使用できる。
The solid electrolyte type carbon dioxide sensor element of the present invention does not change its electromotive force even when it is left in a high humidity atmosphere in a non-heated state for a long time. It is excellent in that the time until the electric power is stabilized is short, and the drift hardly occurs even when used continuously for a long time. The feature that the drift is unlikely to occur means that a device or a circuit for correcting the drift is not required, which not only enhances the reliability of the device, but also reduces the size of the device itself or a device mounted with the device. There is also a secondary effect of increasing the degree of freedom in device design and equipment design.
In addition, the response time when the carbon dioxide concentration fluctuates is short. For example, even if the carbon dioxide concentration instantaneously changes about six times, the electromotive force is stabilized within two minutes. Therefore, the solid electrolyte type carbon dioxide sensor element of the present invention can be particularly suitably used as a carbon dioxide sensor element for environmental measurement which requires a high response speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は、従来の代表的な固体電解質型炭酸ガ
スセンサ素子の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional typical solid electrolyte type carbon dioxide sensor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.作用電極 2.固体電解質層 3.参照電極 4.セラミックス板 5.接着剤 6.ヒーター 7.電源 8.電圧計 1. Working electrode 2. Solid electrolyte layer 3. Reference electrode 4. Ceramic plate 5. Adhesive 6. Heater 7. Power supply 8. voltmeter

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体電解質層の表面に作用電極及び参照
電極が接合されてなる固体電解質型炭酸ガスセンサ素子
において、該固体電解質層がNaNd(SiO
又はLiNd(SiOを含有する固体
電解質で構成されることを特徴とする固体電解質型炭酸
ガスセンサ素子。
1. A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element comprising a working electrode and a reference electrode joined to the surface of a solid electrolyte layer, wherein the solid electrolyte layer is made of NaNd 9 (SiO 4 ) 6.
A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element comprising a solid electrolyte containing O 2 or LiNd 9 (SiO 4 ) 6 O 2 .
【請求項2】 固体電解質層を構成する固体電解質が、
酸化チタン、酸化ジルコニウム、及び珪酸ジルコニウム
からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含有
することを特徴とする請求項1に記載の固体電解質型炭
酸ガスセンサ素子。
2. A solid electrolyte constituting a solid electrolyte layer,
The solid oxide carbon dioxide sensor element according to claim 1, comprising at least one compound selected from the group consisting of titanium oxide, zirconium oxide, and zirconium silicate.
JP2001153832A 2001-05-23 2001-05-23 Carbon dioxide sensing element of solid electrolyte type Pending JP2002350388A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001153832A JP2002350388A (en) 2001-05-23 2001-05-23 Carbon dioxide sensing element of solid electrolyte type

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001153832A JP2002350388A (en) 2001-05-23 2001-05-23 Carbon dioxide sensing element of solid electrolyte type

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002350388A true JP2002350388A (en) 2002-12-04

Family

ID=18998286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001153832A Pending JP2002350388A (en) 2001-05-23 2001-05-23 Carbon dioxide sensing element of solid electrolyte type

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002350388A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4063658B2 (en) Solid electrolyte carbon dioxide sensor element
JP3268252B2 (en) Solid electrolyte type carbon dioxide sensor element
JP2002350388A (en) Carbon dioxide sensing element of solid electrolyte type
JP2002357586A (en) Solid electrolyte molded material
JP4179573B2 (en) Solid electrolyte carbon dioxide sensor element
JP4179488B2 (en) Solid electrolyte carbon dioxide sensor element
JP2001141693A (en) Solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor element
JP3236254B2 (en) Solid electrolyte type carbon dioxide sensor element
JP2002365260A (en) Solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor element
JPH0933483A (en) Co2 sensor
JP2000193638A (en) Solid electrolyte type carbon dioxide sensor element
JP2001033426A (en) Solid electrolyte-type carbon dioxide sensor element
JP2001133435A (en) Solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor element
JP2844721B2 (en) Carbon dioxide concentration measurement sensor
JP2003121411A (en) Solid electrolyte type carbon dioxide sensor element
JPH03120456A (en) Oxygen sensor
JP2004170230A (en) Co2 sensor and its manufacturing method
JPH11174024A (en) Solid electrolyte type carbon dioxide sensor element
JP2003254937A (en) Solid electrolyte type carbon dioxide sensor element
JPH0785071B2 (en) Carbon dioxide detection sensor and manufacturing method thereof
JP4263117B2 (en) Carbon dioxide detector
JP2000065787A (en) Solid electrolyte type carbon dioxide sensor element
JPH10282044A (en) Solid electrolyte type gas sensor element
JPH11326270A (en) Solid electrolyte carbon dioxide sensor element
JP2001221771A (en) Solid electrolyte type gas sensor element

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20050818

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20050818