JP2006184252A - Gas sensor - Google Patents

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JP2006184252A JP2004381131A JP2004381131A JP2006184252A JP 2006184252 A JP2006184252 A JP 2006184252A JP 2004381131 A JP2004381131 A JP 2004381131A JP 2004381131 A JP2004381131 A JP 2004381131A JP 2006184252 A JP2006184252 A JP 2006184252A
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Shizuko Ono
志津子 小野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor which is equipped with a detection electrode having ample strength, and has superior output stability. <P>SOLUTION: In this gas sensor 10, a detection electrode 14 and a counter electrode 16 are provided on a substrate 12, and the detection electrode 14 is constituted of a current collecting layer 14a and a gas-detecting layer 14b, while the counter electrode 16 is constituted of a current collecting layer 16a and a protective layer 16b. In a preferred embodiment, the gas-detecting layer 14b contains a first metal oxide having a resistance value of 1×10<SP>10</SP>Ωcm or smaller, a second metal oxide, having a resistance value of 1×10<SP>10</SP>Ωcm or larger and a metal carbonate. The absolute value of the difference between the resistance value of the first metal oxide and the resistance value of the second metal oxide is 1×10<SP>3</SP>Ωcm or larger. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本願発明は、ガスセンサ、特に、固体電解質型のガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor, and more particularly to a solid electrolyte type gas sensor.

環境中の特定のガスを化学的に検知するガスセンサとしては、固体電解質型ガスセンサや、半導体型ガスセンサ等が知られている。なかでも、固体電解質型ガスセンサは、取り扱いが簡便であり、また小型化が容易であるといった優れた特徴を有していることから、近年、種々の研究が行われている。   As a gas sensor that chemically detects a specific gas in the environment, a solid electrolyte gas sensor, a semiconductor gas sensor, and the like are known. In particular, since solid oxide gas sensors have excellent features such as easy handling and miniaturization, various studies have been conducted in recent years.

固体電解質型のガスセンサは、固体電解質を含む基板上に検知極及び対極が設けられた構造を有しており、被検ガスと検知極との接触前後における検知極−対極間の起電力の変化等に基づいてガスを検知する。   A solid electrolyte type gas sensor has a structure in which a detection electrode and a counter electrode are provided on a substrate containing a solid electrolyte, and a change in electromotive force between the detection electrode and the counter electrode before and after contact between the gas to be detected and the detection electrode. The gas is detected based on the above.

上記構造を有する固体電解質型のガスセンサは、湿度による影響を低減するため、400℃を超えるような高温条件で用いられることが多かった。しかし、このような高温条件では、加熱による対流の発生などにより感度にばらつきが生じ易かった。しかし、このような不都合を回避するために低温動作を試みると、起動後、安定してガス検知動作が行えるようになるまでの時間(以下、「立ち上がり時間」という)が長時間となる等の不都合を生じ易い傾向にあった。   The solid electrolyte type gas sensor having the above structure is often used under a high temperature condition exceeding 400 ° C. in order to reduce the influence of humidity. However, under such high temperature conditions, the sensitivity is likely to vary due to the occurrence of convection due to heating. However, if a low temperature operation is attempted to avoid such inconvenience, the time until the gas detection operation can be stably performed after startup (hereinafter referred to as “rise time”) becomes long. There was a tendency to cause inconvenience.

そこで、従来よりも低い温度、より好ましくは常温付近での動作を可能にするとともに、上述した立ち上がり時間も十分に短縮し得るガスセンサ(二酸化炭素センサ)として、所定の金属酸化物を含む検知極を備えるものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−271270号公報
Therefore, as a gas sensor (carbon dioxide sensor) that enables operation at a lower temperature than that of the prior art, more preferably near normal temperature, and can sufficiently shorten the rise time described above, a detection electrode containing a predetermined metal oxide is provided. What is provided is disclosed (for example, refer to Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-271270

上記従来技術によるガスセンサは、低温動作が可能であり、しかも立ち上がり時間が十分に短縮されたものであったが、金属酸化物を含む検知極の強度の点で未だ改良の余地があった。具体的には、静電気が発生した場合や、被検ガスの流量が大きい場合等、検知極に通常よりも大きな力が加わった場合に、検知極に欠損が生じることがあった。こうなると、検知極による被検ガスの検知が不十分となり易い傾向にあった。   The gas sensor according to the prior art described above can operate at a low temperature and has a sufficiently short rise time, but there is still room for improvement in terms of the strength of the detection electrode containing a metal oxide. Specifically, the detection electrode may be damaged when a force greater than usual is applied to the detection electrode, for example, when static electricity is generated or the flow rate of the test gas is large. In this case, the detection of the gas to be detected by the detection electrode tends to be insufficient.

また、上記特許文献1には、検知極が、上記金属酸化物のほかに金属炭酸塩を更に含むことが記載されている。しかしながら、この場合、動作条件(温度、被検ガス流量等)によっては、金属酸化物と金属炭酸塩が複合塩を形成してしまう場合があった。こうなると、長期にわたってガスセンサの起電力(出力)が安定に得られ難くなるなど、出力安定性の点で問題が生じることとなる。   Patent Document 1 describes that the detection electrode further includes a metal carbonate in addition to the metal oxide. However, in this case, the metal oxide and the metal carbonate may form a composite salt depending on the operating conditions (temperature, test gas flow rate, etc.). If it becomes like this, problems will arise in terms of output stability, such as it becomes difficult to stably obtain the electromotive force (output) of the gas sensor over a long period of time.

そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、十分な強度を有する検知極を備えるとともに、優れた出力安定性を有するガスセンサを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a gas sensor having a detection electrode having sufficient strength and having excellent output stability.

上記目的を達成するため、本発明のガスセンサは、固体電解質を含む基板と、この基板上に設けられた検知極及び対極とを備えており、検知極は、1×1010Ωcm未満の抵抗値を有する第1の金属酸化物と、1×1010Ωcm以上の抵抗値を有する第2の金属酸化物と、金属炭酸塩とを含有しており、且つ、第1の金属酸化物の抵抗値と、第2の金属酸化物の抵抗値との差の絶対値が、1×10Ωcm以上であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a gas sensor of the present invention includes a substrate including a solid electrolyte, a detection electrode and a counter electrode provided on the substrate, and the detection electrode has a resistance value of less than 1 × 10 10 Ωcm. A first metal oxide, a second metal oxide having a resistance value of 1 × 10 10 Ωcm or more, and a metal carbonate, and a resistance value of the first metal oxide And the absolute value of the difference between the second metal oxide and the resistance value of the second metal oxide is 1 × 10 3 Ωcm or more.

上記本発明のガスセンサは、検知極に、比較的低抵抗である第1の金属酸化物と、比較的高抵抗である第2の金属酸化物とを組み合わせて含有するものである。これらのうち、前者の第1の金属酸化物は、上記特許文献1に記載のガスセンサの検知極に用いられた金属酸化物を含み、これらと同様に、電極等を形成した場合の強度が不十分となる場合が多い。一方、この第1の金属酸化物よりも一定以上抵抗値が高い第2の金属酸化物は、上記第1の金属酸化物と組み合わせて用いられた場合、第1の金属酸化物から構成される粒子等を結着させるような機能を発現し得るものと考えられる。このため、これらの2種の金属酸化物を含む検知極は、全体として十分な強度を有するようになり、その結果、静電気の発生やガス流量の増大等によっても、上述したような欠損を生じ難いものとなる。なお、本発明の作用は、必ずしもこれらに限定されない。   The gas sensor of the present invention contains a combination of the first metal oxide having a relatively low resistance and the second metal oxide having a relatively high resistance in the detection electrode. Among these, the former first metal oxide includes the metal oxide used in the detection electrode of the gas sensor described in Patent Document 1, and similarly to these, the strength when an electrode or the like is formed is low. Often it will be sufficient. On the other hand, the second metal oxide having a resistance value higher than a certain value than the first metal oxide is composed of the first metal oxide when used in combination with the first metal oxide. It is considered that a function of binding particles and the like can be expressed. For this reason, the sensing electrode including these two kinds of metal oxides has sufficient strength as a whole, and as a result, the above-described defect occurs due to generation of static electricity or increase in gas flow rate. It will be difficult. In addition, the effect | action of this invention is not necessarily limited to these.

また、上記第2の金属酸化物は、金属炭酸塩との複合塩を形成し難いという特性を有している。そして、本発明者らの検討によれば、第2の金属酸化物は、第1の金属酸化物と組み合わせた場合、かかる第1の金属酸化物と金属炭酸塩による複合塩の形成も十分に低減できることが判明した。したがって、上記構成を有するガスセンサは、検知極において第1の金属酸化物と金属炭酸塩との複合塩の形成が極めて生じ難いものとなる。その結果、本発明のガスセンサは、優れた出力安定性を有するものとなる。   The second metal oxide has a characteristic that it is difficult to form a composite salt with a metal carbonate. According to the study by the present inventors, when the second metal oxide is combined with the first metal oxide, the formation of a composite salt by the first metal oxide and the metal carbonate is also sufficient. It was found that it can be reduced. Therefore, in the gas sensor having the above configuration, formation of a composite salt of the first metal oxide and the metal carbonate is very unlikely to occur at the detection electrode. As a result, the gas sensor of the present invention has excellent output stability.

上記本発明ガスセンサにおいては、検知極に含まれる第1の金属酸化物が、10以下の抵抗値を有するものであるとより好ましい。このような第1の金属酸化物を含む検知極を有するガスセンサは、低温駆動を更に良好に行うことができるほか、立ち上がり時間もより短縮されたものとなり得るが、強度の点で更に不十分となる傾向にある。しかしながら、本発明においては、上述の如く、第2の金属酸化物を組み合わせて含有しているため、このような更に低い抵抗値を有する第1の金属酸化物を用いる場合であっても、検知極は十分な強度を有するものとなる。 In the gas sensor of the present invention, it is more preferable that the first metal oxide contained in the detection electrode has a resistance value of 10 7 or less. Such a gas sensor having a detection electrode containing the first metal oxide can perform low-temperature driving better and can have a shorter rise time, but it is further insufficient in terms of strength. Tend to be. However, in the present invention, since the second metal oxide is contained in combination as described above, even when the first metal oxide having such a lower resistance value is used, detection is performed. The pole will have sufficient strength.

さらに、本発明のガスセンサにおいては、第2の金属酸化物は、Al、ZrO、Y、HfO、B及びSiOからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属酸化物であるとより好ましい。これらの金属酸化物は、第1の金属酸化物と組み合わせた場合、検知極の強度を向上する効果や、金属炭酸塩との複合塩の形成を抑制する効果を更に良好に発現することができる。 Furthermore, in the gas sensor of the present invention, the second metal oxide is at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , HfO 2 , B 2 O 3 and SiO 2 . A metal oxide is more preferable. When these metal oxides are combined with the first metal oxide, the effect of improving the strength of the detection electrode and the effect of suppressing the formation of a composite salt with the metal carbonate can be expressed more favorably. .

さらにまた、本発明のガスセンサにおいて、前記第1の金属酸化物、前記第2の金属酸化物及び前記金属炭酸塩中の第2の金属酸化物の含有率は、0.01〜2質量%であると一層好ましい。第2の金属酸化物の含有率をこのような範囲で調整すると、上述した効果が一層良好に得られるようになる。   Furthermore, in the gas sensor of the present invention, the content of the second metal oxide in the first metal oxide, the second metal oxide, and the metal carbonate is 0.01 to 2% by mass. More preferably. When the content ratio of the second metal oxide is adjusted in such a range, the above-described effect can be obtained more satisfactorily.

また、本発明のガスセンサは、固体電解質を含む基板と、この基板上に設けられた検知極及び対極とを備えており、検知極は、1×1010Ωcm以上の抵抗値を有する金属酸化物と、金属炭酸塩とを含有しているものであってもよい。このような抵抗値を有する金属酸化物は、上述の如く、これよりも低い抵抗値を有するものに比して、十分な強度を有する検知極を形成し得る。また、このような金属酸化物は、金属炭酸塩との反応を生じ難いものである。よって、上記構成を有するガスセンサは、検知極の強度及び出力安定性が十分なものとなり得る。 The gas sensor of the present invention includes a substrate containing a solid electrolyte, and a detection electrode and a counter electrode provided on the substrate, and the detection electrode is a metal oxide having a resistance value of 1 × 10 10 Ωcm or more. And a metal carbonate may be contained. As described above, the metal oxide having such a resistance value can form a sensing electrode having a sufficient strength as compared with those having a lower resistance value. Moreover, such a metal oxide is difficult to cause a reaction with a metal carbonate. Therefore, the gas sensor having the above configuration can have sufficient detection pole strength and output stability.

より優れた検知極強度及び出力安定性を得る観点からは、上記ガスセンサにおいて、検知極に含まれる金属酸化物としては、Al、ZrO、Y、HfO、B及びSiOからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属酸化物が好ましい。 From the viewpoint of obtaining better detection pole strength and output stability, in the gas sensor, the metal oxides contained in the detection pole include Al 2 O 3 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , HfO 2 , B 2 O. At least one metal oxide selected from the group consisting of 3 and SiO 2 is preferred.

本発明によれば、優れた強度を有する検知極を備えるとともに、十分な出力安定性を有するガスセンサを提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while providing the detection pole which has the outstanding intensity | strength, it becomes possible to provide the gas sensor which has sufficient output stability.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、全図を通じ、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element through all figures, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明の一実施形態に係るガスセンサの断面構造を模式的に示す図である。図1に示すように、ガスセンサ10は、基板12上に、当該基板12に接するように、検知極14及び対極16を備えている。検知極14は、基板12側から集電層14a及びガス検知層14bがこの順に積層された構成を有している。また、対極16は、基板12側から集電層16a及び保護層16bがこの順に積層された構成を有している。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a gas sensor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the gas sensor 10 includes a detection electrode 14 and a counter electrode 16 on a substrate 12 so as to be in contact with the substrate 12. The detection electrode 14 has a configuration in which a current collecting layer 14a and a gas detection layer 14b are stacked in this order from the substrate 12 side. The counter electrode 16 has a configuration in which a current collecting layer 16a and a protective layer 16b are laminated in this order from the substrate 12 side.

かかる構成を有するガスセンサ10は、いわゆる固体電解質型ガスセンサであり、各構成の材料を適宜変更することにより、二酸化炭素ガスセンサ、水素ガスセンサ、窒素酸化物ガスセンサ、一酸化炭素ガスセンサ等として適用可能である。ここでは、ガスセンサの一例として、二酸化炭素(CO)ガスセンサを例に挙げて説明することとする。 The gas sensor 10 having such a configuration is a so-called solid electrolyte gas sensor, and can be applied as a carbon dioxide gas sensor, a hydrogen gas sensor, a nitrogen oxide gas sensor, a carbon monoxide gas sensor, or the like by appropriately changing the material of each component. Here, a carbon dioxide (CO 2 ) gas sensor will be described as an example of the gas sensor.

(基板12)
基板12は、固体電解質を含むいわゆる固体電解質基板である。かかる基板12は、固体状のイオン導電体である。このイオン導電体としては、例えば、Na1+xZrSi3−x12(x=0〜3)で表されるNASICON、ジルコニア(ZrO)をイットリア(Y)で安定化したイットリア安定化ジルコニア(YSZ)、希土類元素を含むバリウムセリウム系酸化物等の金属イオン導電体が挙げられる。なかでも、イオン導電体としては、NASICONが好ましい。
(Substrate 12)
The substrate 12 is a so-called solid electrolyte substrate containing a solid electrolyte. The substrate 12 is a solid ionic conductor. As this ion conductor, for example, NASICON represented by Na 1 + x Zr 2 Si x P 3-x O 12 (x = 0 to 3), zirconia (ZrO 2 ) is stabilized with yttria (Y 2 O 3 ). And metal ion conductors such as yttria-stabilized zirconia (YSZ) and barium-cerium-based oxides containing rare earth elements. Of these, NASICON is preferable as the ion conductor.

基板12は、1μm〜1mm程度の厚さを有していると好ましく、主面(検知極14及び対極16が設けられる面)の面積が、1μm〜200mm程度であるとより好ましい。このような基板12は、固相法、ゾルゲル法、共沈法等により形成することができ、なかでも、共沈法が好ましい。 The substrate 12 preferably has a thickness of about 1 μm to 1 mm, and more preferably the area of the main surface (the surface on which the detection electrode 14 and the counter electrode 16 are provided) is about 1 μm 2 to 200 mm 2 . Such a substrate 12 can be formed by a solid phase method, a sol-gel method, a coprecipitation method, or the like, and among them, the coprecipitation method is preferable.

(検知極14)
検知極14は、上述の如く、集電層14a及びガス検知層14bからなるものである。かかる検知極14において、ガス検知層14bは、集電層14aを覆うとともに、当該集電層14aを覆う領域以外の部位において基板12に直接接触した状態となっている。
(Detection pole 14)
As described above, the detection electrode 14 includes the current collecting layer 14a and the gas detection layer 14b. In the detection electrode 14, the gas detection layer 14 b covers the current collection layer 14 a and is in direct contact with the substrate 12 at a portion other than the region covering the current collection layer 14 a.

検知極14において、集電層14aは、基板12(固体電解質)との間で電子の授受を行う機能を有している。かかる集電層14aは、集電体として機能し得る程度の導電性を有する材料から構成される。集電層14aの構成材料としては、例えば、金属材料が挙げられる。具体的には、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、ルビジウム(Rb)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、クロム(Cr)やこれらの合金等が例示できる。   In the detection electrode 14, the current collecting layer 14a has a function of transferring electrons to and from the substrate 12 (solid electrolyte). The current collecting layer 14a is made of a material having conductivity that can function as a current collector. Examples of the constituent material of the current collecting layer 14a include a metal material. Specifically, gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), rubidium (Rb), rhodium (Rh), palladium (Pd), iridium (Ir), nickel (Ni), copper (Cu), Examples thereof include chromium (Cr) and alloys thereof.

この集電層14aの厚さは、0.01〜10μm程度であると好ましく、主面(基板12に接する面)の面積は、0.1μm〜200mm程度とすることができる。かかる集電層14aは、検知極14内での被検ガスの均一な分散を可能とするために、多孔質性を有しているとより好ましい。上記構成を有する集電層14aは、例えば、金属材料の粉末をペースト状にしてスクリーン印刷等により塗布する方法や、スパッタリング法等により形成することができる。 The thickness of the current collecting layer 14a is preferably about 0.01 to 10 μm, and the area of the main surface (the surface in contact with the substrate 12) can be about 0.1 μm 2 to 200 mm 2 . The current collection layer 14a is more preferably porous in order to allow uniform distribution of the test gas within the detection electrode 14. The current collecting layer 14a having the above-described configuration can be formed by, for example, a method of applying a powder of a metal material in a paste form by screen printing or the like, a sputtering method, or the like.

検知極14におけるガス検知層14bは、被検ガスとの接触により解離平衡を生じ、これにより被検ガスの検知を行う。ガス検知層14bは、1×1010Ωcm以上の抵抗値を有する金属酸化物及び金属炭酸塩を少なくとも含有しており、1×1010Ωcm未満の抵抗値を有する金属酸化物(第1の金属酸化物)、1×1010Ωcm以上の抵抗値を有する金属酸化物(第2の金属酸化物)、及び、金属炭酸塩を含有するものであると特に好ましい。このようにガス検知層14bが、第1及び第2の金属酸化物の両方を含む場合、第1の金属酸化物と第2の金属酸化物との抵抗値の差の絶対値は、1×10以上であると好ましく、1×10以上であると更に好ましい。この差の値が1×10未満であると、それ以上である場合に比して、より高抵抗な第2の金属酸化物を添加することによる強度向上、複合塩形成の抑制等の効果が十分に得られ難くなる傾向にある。 The gas detection layer 14b in the detection electrode 14 generates a dissociation equilibrium by contact with the test gas, thereby detecting the test gas. The gas detection layer 14b contains at least a metal oxide having a resistance value of 1 × 10 10 Ωcm or more and a metal carbonate, and has a metal oxide (first metal having a resistance value of less than 1 × 10 10 Ωcm). Oxide) It is particularly preferable to contain a metal oxide (second metal oxide) having a resistance value of 1 × 10 10 Ωcm or more and a metal carbonate. Thus, when the gas detection layer 14b includes both the first and second metal oxides, the absolute value of the difference in resistance value between the first metal oxide and the second metal oxide is 1 ×. It is preferably 10 3 or more, and more preferably 1 × 10 6 or more. When the value of this difference is less than 1 × 10 3 , it is possible to improve the strength by adding the second metal oxide having a higher resistance compared to the case where it is more than that, and the effects of suppressing the formation of the composite salt, etc. Tends to be difficult to obtain.

ガス検知層14bに含まれる第1の金属酸化物は、1×1010Ωcm未満の抵抗値を有するものであり、1×10以下の抵抗値を有するものが好ましく、一般に電子導電性を発現し得る程度の抵抗値を有する(抵抗値が1×10程度以下)ものがより好ましい。なお、本明細書でいう抵抗値とは、金属酸化物を素子形状に成形して、例えば、電圧降下法により測定された値をいうものとする。ここで、電圧降下法とは、具体的には、金属酸化物をペレット状に成形して両端に電極を設け、ペレットと参照抵抗とを直列に接続した後、定電圧電源で一定の電圧をかけ、参照抵抗の電圧降下を測定することにより抵抗値を測定する方法のことをいう。 The first metal oxide contained in the gas detection layer 14b has a resistance value of less than 1 × 10 10 Ωcm, and preferably has a resistance value of 1 × 10 7 or less, and generally exhibits electronic conductivity. It is more preferable that the resistance value is such that the resistance value is about 1 × 10 6 or less. In addition, the resistance value as used in this specification shall mean the value measured by shape | molding a metal oxide in the element shape, for example by the voltage drop method. Here, the voltage drop method specifically refers to forming a metal oxide into a pellet shape, providing electrodes at both ends, connecting the pellet and a reference resistor in series, and then applying a constant voltage with a constant voltage power source. In other words, it refers to a method of measuring the resistance value by measuring the voltage drop of the reference resistance.

このような第1の金属酸化物としては、酸化インジウム(In)、酸化スズ(SnO)、酸化コバルト(Co)、酸化タングステン(WO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化鉛(PbO)、酸化銅(CuO)、酸化鉄(Fe、FeO)、酸化ニッケル(NiO)、酸化クロム(Cr)、酸化カドミウム(CdO)、酸化ビスマス(Bi)、酸化マンガン(MnO、Mn)、酸化アンチモン(Sb)、酸化ランタン(La)、酸化セリウム(CeO)、酸化プラセオジム(Pr11)、酸化ネオジム(Nd)、酸化銀(AgO)、酸化リチウム(LiO)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化カリウム(KO)、酸化ルビジウム(RbO)、酸化セシウム(CsO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)等が例示できる。第1の金属酸化物としては、これらの1種又は2種以上を用いることができる。 Examples of the first metal oxide include indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), cobalt oxide (Co 3 O 4 ), tungsten oxide (WO 3 ), zinc oxide (ZnO), Lead oxide (PbO), copper oxide (CuO), iron oxide (Fe 2 O 3 , FeO), nickel oxide (NiO), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), cadmium oxide (CdO), bismuth oxide (Bi 2 O) 3 ), manganese oxide (MnO 2 , Mn 2 O 3 ), antimony oxide (Sb 2 O 3 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), praseodymium oxide (Pr 6 O 11 ), oxidation neodymium (Nd 2 O 3), silver (Ag 2 O) oxide, lithium oxide (Li 2 O), sodium oxide (Na 2 O), potassium oxide (K 2 O), oxidation Rubijiu (Rb 2 O), cesium oxide (Cs 2 O), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), strontium oxide (SrO), and barium oxide (BaO) may be exemplified. As the first metal oxide, one or more of these can be used.

なかでも、低温でのガス検知をより安定して行える点で、酸化インジウム、酸化スズ、酸化コバルト、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化銅、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化クロム、酸化カドミウム又は酸化ビスマスが好ましく、特に、酸化インジウム、酸化スズ、酸化銅又は酸化亜鉛が好ましく、酸化インジウムが最も好ましい。なお、これらは化学量論組成から多少偏倚していてもよい。   Among them, indium oxide, tin oxide, cobalt oxide, tungsten oxide, zinc oxide, lead oxide, copper oxide, iron oxide, nickel oxide, chromium oxide, cadmium oxide or Bismuth oxide is preferable, indium oxide, tin oxide, copper oxide or zinc oxide is particularly preferable, and indium oxide is most preferable. These may be slightly deviated from the stoichiometric composition.

ガス検知層14bに含まれる第2の金属酸化物は、1×1010Ωcm以上の抵抗値を有するものであり、一般に絶縁性を発現し得る抵抗値を有するものが好ましく、例えば1×1012Ωcm以上の抵抗値を有するものであるとより好ましい。 The second metal oxide contained in the gas detection layer 14b has a resistance value of 1 × 10 10 Ωcm or more, and generally has a resistance value capable of expressing insulation, for example, 1 × 10 12. It is more preferable that it has a resistance value of Ωcm or more.

このような第2の金属酸化物としては、酸化アルミニウム(Al)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化イットリウム(Y)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化ホウ素(B)、酸化ケイ素(SiO)等が挙げられる。なかでも、Al、ZrO及びSiOからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属酸化物が好ましい。なお、これらは化学量論組成から多少偏倚していてもよい。 Examples of the second metal oxide include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), and boron oxide (B 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ) and the like. Among these, at least one metal oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 and SiO 2 is preferable. These may be slightly deviated from the stoichiometric composition.

ガス検知層14bは、上述した第1及び第2の金属酸化物のほか、金属炭酸塩を更に含有している。このように金属炭酸塩を含むことで、ガス検知層14bにおけるCOの検出に必要な炭酸水素イオンの生成が促進され、その結果、ガスセンサ10の感度、応答速度等が更に向上する。 The gas detection layer 14b further contains a metal carbonate in addition to the first and second metal oxides described above. By including the metal carbonate in this manner, the generation of hydrogen carbonate ions necessary for detecting CO 2 in the gas detection layer 14b is promoted, and as a result, the sensitivity, response speed, and the like of the gas sensor 10 are further improved.

金属炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム(LiCO)、炭酸ナトリウム(NaCO)、炭酸カリウム(KCO)、炭酸ルビジウム(RbCO)、炭酸セシウム(CsCO)、炭酸マグネシウム(MgCO)、炭酸カルシウム(CaCO)、炭酸ストロンチウム(SrCO)、炭酸バリウム(BaCO)、炭酸マンガン(Mn(CO、Mn(CO)、炭酸鉄(Fe(CO、FeCO)、炭酸ニッケル(NiCO)、炭酸銅(CuCO)、炭酸コバルト(Co(CO)、炭酸クロム(Cr(CO)、炭酸亜鉛(ZnCO)、炭酸銀(AgCO)、炭酸カドミウム(CdCO)、炭酸インジウム(In(CO)、炭酸イットリウム(Y(CO)、炭酸鉛(PbCO)、炭酸ビスマス(Bi(CO)、炭酸ランタン(La(CO)、炭酸セリウム(Ce(CO)、炭酸プラセオジム(Pr(CO11)、炭酸ネオジム(Nd(CO)、炭酸ジスプロシウム(Dy(CO)等が挙げられる。かかる金属炭酸塩は1種を用いても2種以上を併用してもよい。なかでも、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムが好ましい。ガス検知層14bにおいて、このような金属炭酸塩は、上述した第1及び第2の金属酸化物に対して1〜99質量%含まれていると好ましく、5〜50質量%含まれているとより好ましい。 Examples of the metal carbonate include lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), rubidium carbonate (Rb 2 CO 3 ), and cesium carbonate (Cs 2 CO). 3 ), magnesium carbonate (MgCO 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), strontium carbonate (SrCO 3 ), barium carbonate (BaCO 3 ), manganese carbonate (Mn (CO 3 ) 2 , Mn 2 (CO 3 ) 3 ), Iron carbonate (Fe 2 (CO 3 ) 3 , FeCO 3 ), nickel carbonate (NiCO 3 ), copper carbonate (CuCO 3 ), cobalt carbonate (Co 2 (CO 3 ) 3 ), chromium carbonate (Cr 2 (CO 3 ) 3), zinc carbonate (ZnCO 3), silver carbonate (Ag 2 CO 3), cadmium carbonate (CdCO 3), carbonate indium (In (CO 3) 3), yttrium carbonate (Y 2 (CO 3) 3 ), lead carbonate (PbCO 3), bismuth subcarbonate (Bi 2 (CO 3) 3 ), lanthanum carbonate (La 2 (CO 3) 3 ), Examples include cerium carbonate (Ce (CO 3 ) 3 ), praseodymium carbonate (Pr 6 (CO 3 ) 11 ), neodymium carbonate (Nd 2 (CO 3 ) 3 ), dysprosium carbonate (Dy 2 (CO 3 ) 3 ), and the like. . Such metal carbonates may be used alone or in combination of two or more. Of these, lithium carbonate, sodium carbonate or potassium carbonate is preferred. In the gas detection layer 14b, such a metal carbonate is preferably contained in an amount of 1 to 99% by mass, and 5 to 50% by mass with respect to the first and second metal oxides described above. More preferred.

ガス検知層14bに含まれる第1の金属酸化物、第2の金属酸化物及び金属炭酸塩中の、第2の金属酸化物の含有率は、0.01〜2質量%であると好ましく、0.01〜0.3質量%であるとより好ましい。第2の金属酸化物の含有率をこのような範囲に調整することで、ガス検知層14bの強度が更に良好となるほか、金属炭酸塩と第1の金属酸化物による複合塩の形成を更に抑制することが可能となる。第2の金属酸化物の含有率が0.01質量%未満であると、ガス検知層14bの強度向上や、第1の金属酸化物と金属炭酸塩との複合塩生成の抑制が不十分となる傾向にある。一方、2質量%を超えると、ガス検知層14bの導電性が過度に低下して、ガスセンサ10の出力が十分に得られ難くなる傾向にある。   The content ratio of the second metal oxide in the first metal oxide, the second metal oxide and the metal carbonate contained in the gas detection layer 14b is preferably 0.01 to 2% by mass, More preferably, it is 0.01-0.3 mass%. By adjusting the content ratio of the second metal oxide to such a range, the strength of the gas detection layer 14b is further improved, and the formation of a composite salt by the metal carbonate and the first metal oxide is further improved. It becomes possible to suppress. When the content ratio of the second metal oxide is less than 0.01% by mass, the strength of the gas detection layer 14b is not sufficiently improved and the formation of a complex salt of the first metal oxide and the metal carbonate is insufficient. Tend to be. On the other hand, if it exceeds 2% by mass, the conductivity of the gas detection layer 14b is excessively lowered, and the output of the gas sensor 10 tends to be hardly obtained.

このような構成を有するガス検知層14bは、例えば、以下に示すようにして形成することができる。すなわち、ます、上述した第1の金属酸化物、第2の金属酸化物、金属炭酸塩等を所定の溶媒に分散させてペーストとする。次いで、このペーストを、基板12上に設けられた集電層14aを覆うとともに、その周辺部が基板に接するように塗布する。その後、このペースト層を加熱する等して溶媒を除去し、これによりガス検知層14bを形成する。   The gas detection layer 14b having such a configuration can be formed as follows, for example. That is, first, the first metal oxide, the second metal oxide, the metal carbonate and the like described above are dispersed in a predetermined solvent to obtain a paste. Next, this paste is applied so as to cover the current collecting layer 14a provided on the substrate 12 and its peripheral portion is in contact with the substrate. Thereafter, the paste layer is heated to remove the solvent, thereby forming the gas detection layer 14b.

かかる方法において用いる溶媒としては、第1の金属酸化物、第2の金属酸化物、金属炭酸塩等を溶解したり、またはこれらと反応したりしないものが好ましい。このような溶媒としては、例えば、脂肪族アルコール、脂肪族アルコールのアセテート、脂肪族アルコールのプロピオネート、テルペン油等が好適である。また、ガスセンサ10の製造を簡便化する観点から、比較的低い温度で容易に除去できるものが好ましく、具体的には、沸点が300℃未満である溶媒が好ましく、250℃未満である溶媒がより好ましい。   As the solvent used in such a method, a solvent that does not dissolve or react with the first metal oxide, the second metal oxide, the metal carbonate, or the like is preferable. As such a solvent, for example, aliphatic alcohol, aliphatic alcohol acetate, aliphatic alcohol propionate, terpene oil and the like are suitable. Further, from the viewpoint of simplifying the production of the gas sensor 10, those that can be easily removed at a relatively low temperature are preferred. Specifically, a solvent having a boiling point of less than 300 ° C is preferred, and a solvent having a boiling point of less than 250 ° C is more preferred. preferable.

このように、本実施形態のガスセンサ10は、ガス検知層14bが、上述した第1の金属酸化物及び第2の金属酸化物を組み合わせて含有するものである。この第2の金属酸化物は、高い抵抗値を有していることから、従来、ガスセンサの検知極の構成材料に用いた場合、検知極の導電性を低下させてガスセンサの出力を低下させ易い傾向にあった。これに対し、本実施形態のガスセンサ10においては、かかる第2の金属酸化物を、より低抵抗の第1の金属酸化物と組み合わせて用いているため、ガス検知層14bの導電性を実用に十分な範囲に維持することができる。   Thus, in the gas sensor 10 of the present embodiment, the gas detection layer 14b contains the first metal oxide and the second metal oxide described above in combination. Since the second metal oxide has a high resistance value, conventionally, when used as a constituent material of the detection electrode of the gas sensor, the conductivity of the detection electrode is lowered and the output of the gas sensor is easily lowered. There was a trend. On the other hand, in the gas sensor 10 of the present embodiment, since the second metal oxide is used in combination with the first metal oxide having a lower resistance, the conductivity of the gas detection layer 14b is practically used. It can be maintained in a sufficient range.

また、従来、第1の金属酸化物のような低抵抗の金属酸化物は、ペーストにして焼成した場合等に脆くなる傾向にあった。このため、かかる第1の金属酸化物のみからなる検知極(ガス検知層)は、通常の使用で想定されるよりも強い衝撃が加わると欠損を生じる場合があり、これが、ガスセンサの出力の低下等を引き起こす原因となっていた。これに対し、本実施形態のガスセンサ10は、上述の如く、ガス検知層14bに第2の金属酸化物を更に含むものである。かかる第2の金属酸化物は、第1の金属酸化物からなる粒子等を結着させるような機能を有していると考えられる。したがって、第1及び第2の金属酸化物を組み合わせて含むガス検知層14bは、第1の金属酸化物のみから形成されたものに比して、極めて優れた強度を有するものとなる。その結果、ガス検知層14bの耐久性、ひいてはガスセンサ10の素子寿命が大幅に向上する。   Conventionally, low resistance metal oxides such as the first metal oxide tend to be brittle when fired as a paste. For this reason, the detection electrode (gas detection layer) made only of the first metal oxide may cause a defect when a stronger impact than that assumed in normal use is applied, which causes a decrease in the output of the gas sensor. It was the cause of causing. On the other hand, the gas sensor 10 of the present embodiment further includes the second metal oxide in the gas detection layer 14b as described above. Such a second metal oxide is considered to have a function of binding particles made of the first metal oxide. Therefore, the gas detection layer 14b including the first and second metal oxides in combination has an extremely excellent strength as compared with that formed only from the first metal oxide. As a result, the durability of the gas detection layer 14b and the element life of the gas sensor 10 are greatly improved.

さらに、第1の金属酸化物のような低抵抗の金属酸化物は、ガスセンサの検知極に適用された場合、使用環境によっては、同時に添加される金属炭酸塩と反応して複合塩を形成する場合があった。こうなると、ガス検知層14b中の金属炭酸塩の含有量が徐々に低下してしまい、その結果、ガスセンサの出力が経時的に低下するといった弊害が生じることとなる。これに対し、上述した第2の金属酸化物は、金属炭酸塩との複合塩を極めて形成し難いばかりか、共に含まれる第1の金属酸化物による複合塩の形成をも低減し得るという特性を有している。したがって、第1の金属酸化物、第2の金属酸化物及び金属炭酸塩を含む本実施形態のガス検知層14bは、上述したような複合塩の形成が極めて生じ難く、かかるガス検知層14bを備えるガスセンサ10は、長期使用でも安定した出力を得ることができるものとなる。   Furthermore, when applied to the sensing electrode of a gas sensor, a low-resistance metal oxide such as the first metal oxide reacts with a metal carbonate added simultaneously to form a composite salt depending on the usage environment. There was a case. As a result, the content of the metal carbonate in the gas detection layer 14b gradually decreases, and as a result, the output of the gas sensor decreases over time. On the other hand, the above-mentioned second metal oxide is extremely difficult to form a composite salt with a metal carbonate, and can also reduce the formation of a composite salt by the first metal oxide contained together. have. Therefore, in the gas detection layer 14b of the present embodiment including the first metal oxide, the second metal oxide, and the metal carbonate, formation of the composite salt as described above is extremely difficult to occur. The gas sensor 10 provided can obtain a stable output even after long-term use.

(対極16)
対極16は、基板12上において上記検知極14と離間して設けられており、上述の如く、集電層16a及び保護層16bから構成されている。具体的には、保護層16bは、集電層16aを覆うように設けられている。なお、保護層16bは、必ずしも集電層16aの全面を覆っている必要はない。このような対極16の厚さは、集電層16aと保護層16bとをあわせて、0.01μm〜1mm程度とすることができる。
(Counter electrode 16)
The counter electrode 16 is provided on the substrate 12 so as to be separated from the detection electrode 14 and is constituted by the current collecting layer 16a and the protective layer 16b as described above. Specifically, the protective layer 16b is provided so as to cover the current collecting layer 16a. The protective layer 16b does not necessarily need to cover the entire surface of the current collecting layer 16a. The thickness of the counter electrode 16 as described above can be about 0.01 μm to 1 mm, including the current collecting layer 16a and the protective layer 16b.

対極16における集電層16aは、導電性を有する材料から構成されるものであれば特に制限されず、例えば、金属材料から構成されるものが挙げられる。具体的には、上述した検知極14における集電層14aと同様の材料から構成されるものが好ましい。かかる集電層16aの厚さは、上述した集電層14aの厚さと同等であることが好ましい。   The current collecting layer 16a in the counter electrode 16 is not particularly limited as long as it is composed of a conductive material, and examples thereof include those composed of a metal material. Specifically, a material composed of the same material as that of the current collecting layer 14a in the detection electrode 14 described above is preferable. The thickness of the current collection layer 16a is preferably equal to the thickness of the current collection layer 14a described above.

保護層16bは、集電層16aを大気中の湿気等から保護するために設けられている。かかる保護層16bとしては、フッ素系の樹脂、セラミックス、コバルト酸塩等により形成されたものが挙げられる。なお、対極16は、必ずしもこのような保護層16bを有していなくてもよい。   The protective layer 16b is provided to protect the current collecting layer 16a from moisture in the atmosphere. Examples of the protective layer 16b include those formed of fluorine-based resin, ceramics, cobaltate, and the like. The counter electrode 16 does not necessarily have such a protective layer 16b.

以上、本発明の一実施形態に係るガスセンサについて説明したが、本発明のガスセンサは、必ずしも上述した構成に限定されず、適宜変更可能である。   The gas sensor according to one embodiment of the present invention has been described above, but the gas sensor of the present invention is not necessarily limited to the above-described configuration, and can be changed as appropriate.

例えば、上記実施形態では、基板に対して同じ側に検知極及び対極を有する構造のガスセンサを例示したが、これに限られず、図2に示すように、基板の片側に検知極を備え、且つ、その反対側に対極を有する構造のものであってもよい。   For example, in the above embodiment, a gas sensor having a structure having a detection electrode and a counter electrode on the same side with respect to the substrate is illustrated, but the present invention is not limited thereto, and as shown in FIG. 2, a detection electrode is provided on one side of the substrate, and The structure may have a counter electrode on the opposite side.

図2は、本発明の他の実施形態に係るガスセンサの断面構造を示す図である。図2に示されるように、ガスセンサ20は、基板22と、基板22の片面に設けられた検知極24と、基板22における検知極24に対して反対側の面に設けられた対極26とを備えている。   FIG. 2 is a view showing a cross-sectional structure of a gas sensor according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the gas sensor 20 includes a substrate 22, a detection electrode 24 provided on one surface of the substrate 22, and a counter electrode 26 provided on the surface of the substrate 22 opposite to the detection electrode 24. I have.

検知極24は、上述した検知極14と同様、基板22に接して設けられた集電体24aと、この集電層24aを覆うように設けられ、且つ、当該集電体24を覆っていない領域が基板22に接しているガス検知層24bから構成されている。また、対極26は、基板22に接して設けられた集電層26aと、この集電層26aの基板に対して反対側に設けられた保護層26bとから構成されている。これらの各構成は、上述したガスセンサ10の各構成と同様の材料により形成することができる。   Similarly to the detection electrode 14 described above, the detection electrode 24 is provided so as to cover the current collector 24 a provided in contact with the substrate 22 and the current collection layer 24 a, and does not cover the current collector 24. The region is composed of a gas detection layer 24 b in contact with the substrate 22. The counter electrode 26 includes a current collecting layer 26a provided in contact with the substrate 22 and a protective layer 26b provided on the opposite side of the current collecting layer 26a from the substrate. Each of these components can be formed of the same material as each component of the gas sensor 10 described above.

また、本発明のガスセンサは、検知極を、その安定動作が可能な温度まで加熱するヒータ部を更に有していてもよい。かかるヒータ部は、例えば、ガスセンサ10においては、基板12における、検知極14及び対極16が形成されているのと反対側の面に設けることができる。また、ガスセンサ20においては、基板22における検知極24や対極26が形成されていない側部にヒータ部を設けることができる。   The gas sensor of the present invention may further include a heater unit that heats the detection electrode to a temperature at which stable operation is possible. For example, in the gas sensor 10, such a heater unit can be provided on the surface of the substrate 12 opposite to the side where the detection electrode 14 and the counter electrode 16 are formed. In the gas sensor 20, a heater portion can be provided on a side portion of the substrate 22 where the detection electrode 24 and the counter electrode 26 are not formed.

さらに、本発明のガスセンサは、検知極と対極との間の起電力を測定するための外部回路や、上述したヒータ部に通電するための外部回路等を更に備えていてもよい。   Furthermore, the gas sensor of the present invention may further include an external circuit for measuring an electromotive force between the detection electrode and the counter electrode, an external circuit for energizing the heater unit described above, and the like.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
まず、固体電解質基板として、矩形の主面(4mm×4mm)を有する厚さ0.5mmのNASICON基板を用意した。このNASICON基板上に、Auからなる厚さ0.1μmの集電層及び対極をスパッタリング法により形成した。次に、粒子状の炭酸リチウム(LiCO)0.8gと、粒子状の炭酸バリウム(BaCO)4gとを混合し、750℃に加熱しながら混練してこれらの複合塩を得た。続いて、この複合塩中に、第1の金属酸化物として、粒子状の酸化インジウム(In)6gを加えるとともに、第2の金属酸化物として、酸化アルミニウム(Al、抵抗値:1×1012Ωcm以上)を上記各成分の総量に対して0.3質量%となるように加えて攪拌した。得られた混合物を、これと同質量のα−テルピネオール中に分散させて、ペースト状のガス検知材料を調製した。得られたガス検知材料を、上記集電層を覆うように塗布して乾燥した後、600℃で焼成して、集電層を覆う形状のガス検知層を形成した。
Example 1
First, a NASICON substrate having a rectangular main surface (4 mm × 4 mm) and a thickness of 0.5 mm was prepared as a solid electrolyte substrate. On the NASICON substrate, a current collecting layer made of Au and having a thickness of 0.1 μm and a counter electrode were formed by a sputtering method. Next, 0.8 g of particulate lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and 4 g of particulate barium carbonate (BaCO 3 ) were mixed and kneaded while heating to 750 ° C. to obtain these composite salts. . Subsequently, 6 g of particulate indium oxide (In 2 O 3 ) is added to the composite salt as a first metal oxide, and aluminum oxide (Al 2 O 3 , resistance is added as a second metal oxide. Value: 1 × 10 12 Ωcm or more) was added to the total amount of the above components so as to be 0.3% by mass and stirred. The obtained mixture was dispersed in α-terpineol having the same mass as this to prepare a paste-like gas detection material. The obtained gas detection material was applied and dried so as to cover the current collection layer, and then fired at 600 ° C. to form a gas detection layer having a shape covering the current collection layer.

その後、NASICON基板における検知極(集電層及びガス検知層)及び対極と反対側の面上に、加熱部としてPtの薄膜をスパッタリングにより形成してガスセンサ素子を得た。   Thereafter, a thin film of Pt was formed as a heating part on the surface opposite to the detection electrode (current collection layer and gas detection layer) and the counter electrode on the NASICON substrate by sputtering to obtain a gas sensor element.

(実施例2)
第2の金属酸化物として、Alに代えて、酸化ジルコニウム(ZrO、抵抗値:1×1012Ωcm以上)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてCOガスセンサを得た。
(Example 2)
A CO 2 gas sensor was prepared in the same manner as in Example 1 except that zirconium oxide (ZrO 2 , resistance value: 1 × 10 12 Ωcm or more) was used as the second metal oxide instead of Al 2 O 3. Obtained.

(実施例3)
第2の金属酸化物として、Alに代えて、酸化ケイ素(SiO、抵抗値:1×1011Ωcm以上)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてCOガスセンサを得た。
(Example 3)
A CO 2 gas sensor was prepared in the same manner as in Example 1 except that silicon oxide (SiO 2 , resistance value: 1 × 10 11 Ωcm or more) was used as the second metal oxide instead of Al 2 O 3. Obtained.

(実施例4)
第2の金属酸化物として、Alに代えて、AlとSiOの複合物(混合質量比;Al:SiO=1:2)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてCOガスセンサを得た。
Example 4
As the second metal oxide, instead Al 2 O 3, Al 2 O 3 and SiO 2 composite; except for using, (weight ratio Al 2 O 3: 2: SiO 2 = 1) A CO 2 gas sensor was obtained in the same manner as in Example 1.

(実施例5)
SiOの含有量が2質量%となるようにしたこと以外は、実施例1と同様にしてCOガスセンサを得た。
(Example 5)
A CO 2 gas sensor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the content of SiO 2 was 2% by mass.

(実施例6)
SiOの含有量が0.01質量%となるようにしたこと以外は、実施例1と同様にしてCOガスセンサを得た。
(Example 6)
A CO 2 gas sensor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the content of SiO 2 was 0.01% by mass.

(実施例7)
第1の金属酸化物として、In及び酸化スズ(SnO)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてCOガスセンサを得た。
(Example 7)
A CO 2 gas sensor was obtained in the same manner as in Example 1 except that In 2 O 3 and tin oxide (SnO 2 ) were used as the first metal oxide.

(実施例8)
第1の金属酸化物として、In及びSnOを用いるとともに、第2の金属酸化物として、Alに代えて、AlとSiOの複合物(混合質量比;Al:SiO=1:2)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてCOガスセンサを得た。
(Example 8)
As the first metal oxide, along with use of In 2 O 3 and SnO 2, as the second metal oxide, in place of the Al 2 O 3, Al 2 O 3 and SiO 2 of the composite (weight ratio; A CO 2 gas sensor was obtained in the same manner as in Example 1 except that Al 2 O 3 : SiO 2 = 1: 2) was used.

(実施例9)
SiOの含有量が3質量%となるようにしたこと以外は、実施例1と同様にしてCOガスセンサを得た。
Example 9
A CO 2 gas sensor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the content of SiO 2 was 3% by mass.

(実施例10)
第2の金属酸化物として、Alに代えて、酸化ホウ素(B、抵抗値:1×1012Ωcm以上)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてCOガスセンサを得た。
(Example 10)
CO 2 was used in the same manner as in Example 1 except that boron oxide (B 2 O 3 , resistance value: 1 × 10 12 Ωcm or more) was used as the second metal oxide instead of Al 2 O 3. A gas sensor was obtained.

(実施例11)
第2の金属酸化物として、Alに代えて、酸化イットリウム(Y、抵抗値:1×1012Ωcm以上)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてCOガスセンサを得た。
(Example 11)
CO 2 was used in the same manner as in Example 1 except that yttrium oxide (Y 2 O 3 , resistance value: 1 × 10 12 Ωcm or more) was used as the second metal oxide instead of Al 2 O 3. A gas sensor was obtained.

(比較例1)
第2の金属酸化物であるAlを加えなかったこと以外は、実施例1と同様にしてCOガスセンサを得た。
(Comparative Example 1)
A CO 2 gas sensor was obtained in the same manner as in Example 1 except that Al 2 O 3 as the second metal oxide was not added.

(比較例2)
第1の金属酸化物として、In及びSnOを用いたこと以外は、比較例1と同様にしてCOガスセンサを得た。
[特性評価]
(Comparative Example 2)
A CO 2 gas sensor was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that In 2 O 3 and SnO 2 were used as the first metal oxide.
[Characteristic evaluation]

上記実施例1〜11及び比較例1及び2のCOガスセンサを用い、各ガスセンサについての出力安定性及び剥離耐性について以下に示すようにして評価を行った。得られた結果をまとめて表1に示す。 Using the CO 2 gas sensors of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 and 2, the output stability and peeling resistance of each gas sensor were evaluated as follows. The results obtained are summarized in Table 1.

(出力安定性)
まず、製造直後の各COガスセンサについて、CO濃度が500ppmであり、湿度が30%RHである条件下での起電力(出力)を測定した。そして、各ガスセンサを同じ条件で動作させて1000時間経過した後の起電力を同様に測定した。そして、1000時間経過前後における起電力の差を算出し、得られた値を出力変動の値とした。なお、表1中、出力安定性の値は、一般的なCOガスセンサである比較例1のCOガスセンサで得られた起電力変化の値を100%とした場合の、各COガスセンサで得られた値の相対値(%)で示した。つまり、この数値が小さいものほど、従来よりも出力安定性に優れるガスセンサであるということができる。
(Output stability)
First, for each CO 2 gas sensor immediately after production, the electromotive force (output) was measured under the condition that the CO 2 concentration was 500 ppm and the humidity was 30% RH. And the electromotive force after operating each gas sensor on the same conditions and having passed 1000 hours was measured similarly. And the difference of the electromotive force before and after 1000-hour progress was calculated, and the obtained value was made into the value of output fluctuation. In Table 1, the output stability value is the value of each CO 2 gas sensor when the value of the electromotive force change obtained by the CO 2 gas sensor of Comparative Example 1 which is a general CO 2 gas sensor is 100%. The relative value (%) of the obtained value was shown. In other words, it can be said that the smaller this value is, the better the output stability is than the conventional gas sensor.

(剥離耐性)
各COガスセンサに対して0.2MPaのエアを吹きかけ、ガス検知層に剥離が生じるか否かを目視により観察した。なお、表1中の評価結果は、以下に示す評価基準に基づいて得られたものである。
×:ガス検知層の大半が剥離しており、センサとしての使用が不可能な状態
○:ガス検知層の一部分に剥離またはクラックが生じており、特性に多少のばらつきが見られるが、センサとしての使用が十分可能な状態
◎:ガス検知層に殆ど剥離が生じておらず、センサとして良好に使用できる状態
(Peeling resistance)
Air of 0.2 MPa was blown on each CO 2 gas sensor, and whether or not the gas detection layer was peeled was visually observed. The evaluation results in Table 1 are obtained based on the evaluation criteria shown below.
×: Most of the gas detection layer is peeled off and cannot be used as a sensor. ○: A part of the gas detection layer is peeled off or cracked. ◎: The gas detection layer has almost no peeling, and it can be used satisfactorily as a sensor.

Figure 2006184252
Figure 2006184252

表1より、第1及び第2の金属酸化物を組み合わせて用いた実施例1〜11のCOガスセンサによれば、第2の金属酸化物に該当する成分を用いなかった比較例1及び2のCOガスセンサに比して、優れた出力安定性及び剥離耐性が得られることが判明した。 From Table 1, according to the CO 2 gas sensor of Example 1 to 11 using a combination of first and second metal oxides, Comparative Examples 1 and 2 using no component corresponding to the second metal oxide It was found that excellent output stability and peeling resistance can be obtained as compared with the CO 2 gas sensor.

本発明の一実施形態に係るガスセンサの断面構造を模式的に示す図である。It is a figure showing typically the section structure of the gas sensor concerning one embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態に係るガスセンサの断面構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross-section of the gas sensor which concerns on other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…ガスセンサ、12…基板、14…検知極、14a…集電層、14b…ガス検知層、16…対極、16a…集電層、16b…保護層、20…ガスセンサ、22…基板、24…検知極、24a…集電層、24b…ガス検知層、26…対極、26a…集電層、26b…保護層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Gas sensor, 12 ... Board | substrate, 14 ... Detection electrode, 14a ... Current collection layer, 14b ... Gas detection layer, 16 ... Counter electrode, 16a ... Current collection layer, 16b ... Protection layer, 20 ... Gas sensor, 22 ... Substrate, 24 ... Detection electrode, 24a ... current collection layer, 24b ... gas detection layer, 26 ... counter electrode, 26a ... current collection layer, 26b ... protective layer.

Claims (6)

固体電解質を含む基板と、該基板上に設けられた検知極及び対極と、を備え、
前記検知極は、
1×1010Ωcm未満の抵抗値を有する第1の金属酸化物と、
1×1010Ωcm以上の抵抗値を有する第2の金属酸化物と、
金属炭酸塩と、を含有しており、且つ
前記第1の金属酸化物の抵抗値と、前記第2の金属酸化物の抵抗値と、の差の絶対値が、1×10Ωcm以上である、
ガスセンサ。
A substrate including a solid electrolyte, and a detection electrode and a counter electrode provided on the substrate,
The detection electrode is
A first metal oxide having a resistance value of less than 1 × 10 10 Ωcm;
A second metal oxide having a resistance value of 1 × 10 10 Ωcm or more;
And the absolute value of the difference between the resistance value of the first metal oxide and the resistance value of the second metal oxide is 1 × 10 3 Ωcm or more. is there,
Gas sensor.
前記第1の金属酸化物は、1×10以下の抵抗値を有するものである、請求項1記載のガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1, wherein the first metal oxide has a resistance value of 1 × 10 7 or less. 前記第2の金属酸化物は、Al、ZrO、Y、HfO、B及びSiOからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属酸化物である、請求項1又は2記載のガスセンサ。 The second metal oxide is at least one metal oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , HfO 2 , B 2 O 3 and SiO 2. The gas sensor according to 1 or 2. 前記第1の金属酸化物、前記第2の金属酸化物及び前記金属炭酸塩中の、前記第2の金属酸化物の含有率は、0.01〜2質量%である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスセンサ。   The content of the second metal oxide in the first metal oxide, the second metal oxide, and the metal carbonate is 0.01 to 2% by mass. The gas sensor according to any one of the above. 固体電解質を含む基板と、該基板上に設けられた検知極及び対極と、を備え、
前記検知極は、
1×1010Ωcm以上の抵抗値を有する金属酸化物と、
金属炭酸塩と、を含有している、
ガスセンサ。
A substrate including a solid electrolyte, and a detection electrode and a counter electrode provided on the substrate,
The detection electrode is
A metal oxide having a resistance value of 1 × 10 10 Ωcm or more;
A metal carbonate,
Gas sensor.
前記金属酸化物は、Al、ZrO、Y、HfO、B及びSiOからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属酸化物である、請求項5記載のガスセンサ。 The gas sensor according to claim 5, wherein the metal oxide is at least one metal oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , HfO 2 , B 2 O 3 and SiO 2. .
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