JP2010145382A - Total−VOC検出用ガスセンサ及びその製造方法 - Google Patents
Total−VOC検出用ガスセンサ及びその製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】基板の表面に所定の間隔を設けて形成した一対の電極と、当該電極間に形成した感応層とを備えたガスセンサであって、感応層は酸化スズ層に白金、パラジウム及び金を分散させてあることを特徴とする。
【選択図】 図2
Description
しかし、後述するように従来は検知対象となるガスの種類毎に開発されていたのが実情である。
VOCは、Volatile Organic Compoundsの略称であり、大気中で気体状となる有機化合物の総称であることから、トルエン、キシレン、酢酸エチル等の多種多様の複数のガスから構成されるが、上記のとおり、従来のガスセンサは一酸化炭素、水素などといったように個別の検出対象ガスごとに個別に開発が進められてきており、VOCガスのような複数ガスの総量を検知対象としたガスセンサについては十分に検討がなされていない。
そこで、VOCガスを構成するガスの総量をTotal−VOCガス(TVOCガス)として捉え、TVOC用のガスセンサとしての開発が行われている。
ここで、酸化スズ層は平均一次粒径5〜1000nmの粒子を用いて成形されたものであることが望ましい。
ここで一次粒径とは凝集状態にない粒子径をいい、粒子径が小さい方が比表面積が大きく活性であるが、コロイド分散させた白金、パラジウム及び金の粒子径が5nm程度であるから担体となる酸化スズの粒子径下限を5nmに設定した。
また、上限は感応層として使用できる上限であり、実用的には5〜500nmの範囲である。
これらの金属は、単独触媒として使用するよりも3元系で使用するとセンサ応答性が高く、湿度安定性が高い。
下限を0.1重量部としたのは触媒効果が有効に認められるのに必要な下限であり、上限はそれ以上添加しても効果に変化がないからである。
これらの貴金属は高価であるから実用的には1.5重量部以下とした。
ペーストにおいては、貴金属を担持した酸化スズがペースト総質量の10〜80質量%、望ましくは40〜70質量%を占めるのが好ましい。
残部は、高分子有機バインダー、例えばエチルセルロース、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、及び、ポリビニルブチラールと、溶剤、例えばターピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、酢酸エチル、酢酸ブチル、アルコール類、及び、可塑剤から成る。
さらに、無機添加物として、ガラス等を添加してもよい。
また、複数のガス種から構成されるTotal−VOCガスにおいて、低感度なガス種の感度を上昇させることができる。
しかしながら、本発明の範囲はかかる実施例に制限されない。
純水100gに対して酸化スズ微粒子(Nanotek、シーアイ化成社製)3g加え、攪拌した。
続いて、混合液を攪拌しながら、白金が酸化スズ100重量部に対して0.5重量部となるように白金コロイド液(戸田工業社製TCT−241)を加えた。
さらに、パラジウム、金が酸化スズ100重量部に対してそれぞれ、0.8重量部、0.5重量部となるように混合液を攪拌しながら、パラジウムコロイド液(戸田工業社製TCP−211)、金コロイド液(戸田工業社製TCG−251)を混合した。
混合後、超音波バスにて10分分散処理を行った後、攪拌しながら120℃に加熱することで水分を飛散させた。
これを乳鉢で粉砕することで、三種類の貴金属を担持した酸化スズ粉末を得た。
得られた酸化スズ粉末は、エチルセルロースを主成分としたバインダーと混合することでペーストとした。
コロイド粒子を用いたことにより、酸化スズ粒子に均一に担持することが容易で、金属粒子径もnmレベルと小さくすることができる。
まず、アルミナ基板3に白金ペーストをスクリーン印刷し、乾燥、焼成を行うことでヒータ部4を形成した。
続いて、反対側の面に金ペーストをスクリーン印刷し、乾燥、焼成を行うことで電極部(2a,2b)を形成した。
さらに、電極部の上部に、前述の酸化スズ粉末を用いた酸化スズペーストをスクリーン印刷し、120℃で30分乾燥したのち、600℃1時間の焼成を行ない、感応層1を成形した。
(測定方法)
(1)センサは、外部加熱により加熱する。
(2)キャリアガス:RH25,50,75%(20℃換算)の合成エアーを使用する。
(3)測定手順:センサ部を300℃に保持し、上記T−VOCガスを0→200→400→600→800→1000→800→600→400→200→0[μg/m3]の各濃度にて20分ずつ、全流量200ml/minで流した際の抵抗値を測定した。
貴金属の添加は、センサの応答性を良くすることが知られているが、図2に示すように白金のみあるいは金のみを添加した素子では、湿度の上昇に伴い、センサ応答性は低下した。
無添加のものは本発明に比較して、センサ応答性が低く、湿度の上昇に伴いセンサ応答性が低下し、パラジウムのみ添加のものはTVOCガスに対してのセンサ応答性が低い。
図3に示すように、2元系の添加素子にあっては、Pt−Au系がRH25%ときにセンサ応答がよいものの湿度上昇に伴って急激に低下した。
一方、白金、パラジウム、金の三種類の貴金属を添加した本発明に係る素子については、湿度が上昇してもセンサ応答性の大きな低下は見られなかった。
これにより、三種類の貴金属を添加した素子は、優れたセンサ応答性を維持しつつ、優れた耐湿性を有することが明らかになった。
Claims (4)
- 基板の表面に所定の間隔を設けて形成した一対の電極と、当該電極間に形成した感応層とを備えたガスセンサであって、
感応層は酸化スズ層に白金、パラジウム及び金を分散させてあることを特徴とするTotal−VOC検出用ガスセンサ。 - 酸化スズ層は平均一次粒径5〜1000nmの粒子を用いて成形されたものであることを特徴とする請求項1記載のTotal−VOC検出用ガスセンサ。
- 感応層は酸化スズ100重量部に対して、触媒として、白金0.1〜5.0重量部、パラジウム0.1〜5.0重量部及び金0.1〜5.0重量部を含有していることを特徴とする請求項1又は2記載のTotal−VOC検出用ガスセンサ。
- 基板の表面に所定の間隔を設けて形成した一対の電極と、当該電極間に形成した感応層とを備えたガスセンサの感応層の成形方法であって、
酸化スズ微粒子を分散媒に分散し、白金コロイド液、パラジウムコロイド液及び金コロイド液を混合、分散処理し、次に加熱乾燥後に粉砕して得られた粉末を用いて成形することを特徴とするガスセンサの感応層の成形方法。
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