JP2021067552A - Method of manufacturing composite metal oxide particle, method of manufacturing gas sensing layer, composite metal oxide particle, gas sensing layer, and gas sensor - Google Patents

Method of manufacturing composite metal oxide particle, method of manufacturing gas sensing layer, composite metal oxide particle, gas sensing layer, and gas sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2021067552A
JP2021067552A JP2019193047A JP2019193047A JP2021067552A JP 2021067552 A JP2021067552 A JP 2021067552A JP 2019193047 A JP2019193047 A JP 2019193047A JP 2019193047 A JP2019193047 A JP 2019193047A JP 2021067552 A JP2021067552 A JP 2021067552A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
metal oxide
composite metal
particles
sensitive 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
JP2019193047A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
佐藤 春悦
Haruyoshi Sato
春悦 佐藤
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.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Alpine Co Ltd
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 Alps Alpine Co Ltd filed Critical Alps Alpine Co Ltd
Priority to JP2019193047A priority Critical patent/JP2021067552A/en
Publication of JP2021067552A publication Critical patent/JP2021067552A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To provide a method of manufacturing a composite metal oxide particle capable of manufacturing the composite metal oxide used for a gas sensor capable of easily obtaining gas sensitivity with high accuracy while enhancing detection performance of detection gas.SOLUTION: A method of manufacturing composite metal oxide particles according to the present invention is a method for manufacturing the composite metal oxide particle used in a gas sensitive layer of a gas sensor. This includes a composite step of obtaining the composite metal oxide particle composited by fixing a second particle to the surface of a first particle by applying mechanical treatment to the first particle containing SnO2 having an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, and the second particle containing SnO2 having the average particle diameter of 10nm-300nm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複合金属酸化物粒子の製造方法、ガス感応層の製造方法、複合金属酸化物粒子、ガス感応層及びガスセンサに関する。 The present invention relates to a method for producing composite metal oxide particles, a method for producing a gas sensitive layer, composite metal oxide particles, a gas sensitive layer, and a gas sensor.

検知対象となるガス(検査対象ガス)中に含まれる特定のガス(検出ガス)を検知するガスセンサが、建物等におけるガス漏れ警報器等の様々な用途に用いられている。 Gas sensors that detect a specific gas (detection gas) contained in the gas to be detected (gas to be inspected) are used in various applications such as gas leak alarms in buildings and the like.

検出ガスとして、例えば、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)等の有毒ガス、メタン(CH)、プロパン(C)、ブタン(C10)等の可燃性ガス、及びエタノール(COH)、ホルムアルデヒド(HCHO)、アセトン(CO)、クロロホルム(CHCl)等の揮発性有機化合物(Volatile Organic Compounds:VOC)等が用いられる。 As the detection gas, for example, toxic gas such as carbon monoxide (CO) and nitrogen oxide (NOx), flammable gas such as methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ) and butane (C 4 H 10 ). , And volatile organic compounds (VOC) such as ethanol (C 2 H 5 OH), formaldehyde (HCHO), acetone (C 3 H 6 O), chloroform (CHCl 3) and the like are used.

上記ガスを検出するガスセンサでは、SnO等の金属酸化物の薄膜をガス感応層に用いている。このようなガスセンサとして、例えば、電気絶縁層の上面に、アンチモン(Sb)をドープした、多孔質のSnO層で形成されたガス感応層を備える薄膜ガスセンサが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この薄膜ガスセンサでは、ガス感応層は、多数の柱状結晶の集合体で形成され、多数の柱状結晶の間には複数の間隙が形成されると共に、柱状結晶の表面及び内部には複数の細孔が形成され、ガス感応層の表面積を広くしている。 In the gas sensor that detects the gas, a thin film of a metal oxide such as SnO 2 is used for the gas sensitive layer. As such a gas sensor, for example, a thin film gas sensor having a gas sensitive layer formed of two porous SnO layers doped with antimony (Sb) on the upper surface of the electrically insulating layer has been proposed (for example, Patent Document). 1). In this thin film gas sensor, the gas sensitive layer is formed by an aggregate of a large number of columnar crystals, a plurality of gaps are formed between the large number of columnar crystals, and a plurality of pores are formed on the surface and inside of the columnar crystals. Is formed to increase the surface area of the gas sensitive layer.

特開2010−60481号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-60481

しかしながら、特許文献1の薄膜ガスセンサでは、柱状結晶が十分成長していないと、ガス感応層の表面積を広くできず、検出ガスのガス感度が高められない。また、柱状結晶の成長を均一に制御するのは困難であり、ガス感応層の比表面積を安定して確保し難い。さらに、柱状結晶を高く成長させ過ぎると、柱状結晶同士が凝集し易くなり、ガス感応層の比表面積の低下を招く可能性がある。 However, in the thin film gas sensor of Patent Document 1, if the columnar crystals are not sufficiently grown, the surface area of the gas sensitive layer cannot be increased, and the gas sensitivity of the detected gas cannot be increased. Further, it is difficult to uniformly control the growth of columnar crystals, and it is difficult to stably secure the specific surface area of the gas-sensitive layer. Further, if the columnar crystals are grown too high, the columnar crystals tend to aggregate with each other, which may lead to a decrease in the specific surface area of the gas-sensitive layer.

本発明の一態様は、検出ガスの検知性能を高めつつ、高精度のガス感応性が得られるガスセンサに用いられる複合金属酸化物を製造することができる複合金属酸化物粒子の製造方法を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention provides a method for producing composite metal oxide particles capable of producing a composite metal oxide used in a gas sensor capable of obtaining highly accurate gas sensitivity while improving the detection performance of the detected gas. The purpose is.

本発明に係る複合金属酸化物粒子の製造方法の一態様は、ガスセンサのガス感応層に用いられる複合金属酸化物粒子の製造方法であって、平均粒子径が1μm〜10μmの、SnOを含む第1粒子と、平均粒子径が10nm〜300nmの、SnOを含む第2粒子とをメカノケミカル処理することで、前記第1粒子の表面に前記第2粒子を固着させて複合化した複合金属酸化物粒子を得る複合工程を含む。 One aspect of the method for producing composite metal oxide particles according to the present invention is a method for producing composite metal oxide particles used for a gas-sensitive layer of a gas sensor, which comprises SnO 2 having an average particle diameter of 1 μm to 10 μm. A composite metal in which the first particles and the second particles containing SnO 2 having an average particle diameter of 10 nm to 300 nm are mechanochemically treated to fix the second particles on the surface of the first particles and composite them. Includes a complex step of obtaining oxide particles.

本発明に係る複合金属酸化物粒子の製造方法の一態様は、検出ガスの検知性能を高めつつ、高精度のガス感応性が得られるガスセンサに用いられる複合金属酸化物を製造することができる。 One aspect of the method for producing composite metal oxide particles according to the present invention can produce a composite metal oxide used for a gas sensor capable of obtaining highly accurate gas sensitivity while improving the detection performance of the detected gas.

複合金属酸化物粒子の構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the structure of the composite metal oxide particle. 一実施形態に係るガス感応層の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the gas sensitive layer which concerns on one Embodiment. ガスセンサの構成の一例を示す概念断面図である。It is a conceptual cross-sectional view which shows an example of the structure of a gas sensor.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、重複する説明は省略する。また、図面における各部材の縮尺は実際とは異なる場合がある。本明細書において数値範囲を示すチルダ「〜」は、別段の断わりがない限り、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In addition, in order to facilitate understanding of the description, the same components are designated by the same reference numerals in each drawing, and duplicate description will be omitted. In addition, the scale of each member in the drawing may differ from the actual scale. Unless otherwise specified, the tilde "~" indicating a numerical range in the present specification means that the numerical values described before and after the tilde are included as the lower limit value and the upper limit value.

<複合金属酸化物粒子の製造方法>
一実施形態に係る複合金属酸化物粒子の製造方法について説明する。一実施形態に係る複合金属酸化物粒子の製造方法は、第1粒子と第2粒子とを混合して、第1粒子及び第2粒子を複合化する複合工程を含む。一実施形態に係る複合金属酸化物粒子の製造方法により製造される複合金属酸化物粒子は、検査対象ガス中に含まれる検出ガスを検出するガスセンサのガス感応層に用いることができる。
<Manufacturing method of composite metal oxide particles>
A method for producing composite metal oxide particles according to an embodiment will be described. The method for producing composite metal oxide particles according to one embodiment includes a composite step of mixing the first particles and the second particles to composite the first particles and the second particles. The composite metal oxide particles produced by the method for producing composite metal oxide particles according to one embodiment can be used for a gas sensitive layer of a gas sensor that detects a detection gas contained in a gas to be inspected.

検出ガスとは、例えば、VOC;メタン(CH)、プロパン(C)、ブタン(C10)等の可燃性ガス;一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)等の有毒ガス;硫黄化合物(SOx)等の悪臭ガスが挙げられる。VOCとは、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブタナール、ペンタナール、ヘキサナール、ヘプタナール、オクタナール、ノナナール、グルタルアルデヒド等のアルデヒド類;エタノール、メタノール、n−ブタノール等のアルコール;アセトン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、クロロホルム、パラジクロロベンゼン等をいう。 The detected gas is, for example, VOC; flammable gas such as methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ); carbon monoxide (CO), nitrogen oxide (NOx), etc. Toxic gas; malodorous gas such as sulfur compound (SOx). VOCs are aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, butanal, pentanal, hexanal, heptanal, octanal, nonanal and glutanal aldehyde; alcohols such as ethanol, methanol and n-butanol; acetone, toluene, xylene and ethyl acetate, Refers to chloroform, paradichlorobenzene, etc.

第1粒子は、二酸化スズ(SnO)を含む粒子である。 The first particle is a particle containing tin dioxide (SnO 2 ).

第1粒子の平均粒子径は、1μm〜10μmであり、1.2μm〜5μmが好ましく、1.5μm〜2μmがより好ましい。第1粒子の平均粒子径が1μm〜10μmであれば、第1粒子同士が凝集し過ぎるのを抑えることができる。 The average particle size of the first particles is 1 μm to 10 μm, preferably 1.2 μm to 5 μm, and more preferably 1.5 μm to 2 μm. When the average particle size of the first particles is 1 μm to 10 μm, it is possible to prevent the first particles from aggregating too much.

なお、平均粒子径とは、有効径による体積平均粒径をいい、平均粒子径は、例えば、レーザ回折・散乱法又は動的光散乱法等によって測定される。 The average particle size means a volume average particle size based on an effective diameter, and the average particle size is measured by, for example, a laser diffraction / scattering method or a dynamic light scattering method.

第2粒子は、第1粒子と同様、SnOを含む粒子である。 The second particle is a particle containing SnO 2 like the first particle.

第2粒子の平均粒子径は、10nm〜300nmであり、15nm〜200nmが好ましく、30nm〜100nmがより好ましい。第2粒子の平均粒子径が10nm〜300nmであれば、第2粒子は第1粒子よりも小さいため、第1粒子の表面に付着させ易くなると共に、第2粒子同士の凝集を抑えることができる。 The average particle size of the second particles is 10 nm to 300 nm, preferably 15 nm to 200 nm, and more preferably 30 nm to 100 nm. When the average particle size of the second particles is 10 nm to 300 nm, the second particles are smaller than the first particles, so that they can be easily attached to the surface of the first particles and the aggregation of the second particles can be suppressed. ..

第2粒子は、SnOの他に、五酸化二リン(P)、五酸化ニオブ(Nb)、アンチモン(Sb)、リン(P)及びニオブ(Nb)からなる群から選択される一種以上の成分を含んでもよい。第2粒子は、Sb、PO、Nb、Sb、P及びNbを含むことで、第2粒子の導電性を高めることができる。また、第2粒子は第1粒子よりも平均粒子径が小さいため、Sb、PO、Nb、Sb、P及びNb等を含める場合、Sb、PO、Nb、Sb、P及びNb等は、平均粒子径が小さい第2粒子に混ぜた方が第1粒子に混ぜるよりも均一に混ざり易く、好ましい。 The second particle consists of a group consisting of diphosphorus pentoxide (P 2 O 5 ), niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ), antimony (Sb), phosphorus (P) and niobium (Nb) in addition to SnO 2. It may contain one or more selected components. By including Sb 2 O 3 , PO 5 , Nb 2 O 5 , Sb, P and Nb in the second particle, the conductivity of the second particle can be enhanced. Further, since the second particle has a smaller average particle size than the first particle, when Sb 2 O 3 , PO 5 , Nb 2 O 5 , Sb, P, Nb, etc. are included, Sb 2 O 3 , PO 5 , Nb, etc. are included. 2 O 5 , Sb, P, Nb and the like are more likely to be mixed uniformly with the second particles having a small average particle size than with the first particles, which is preferable.

また、第2粒子は、Pt及びPdからなる群から選択される一種以上の成分を含んでもよい。Pt及びPdは、触媒として機能し、第1粒子及び第2粒子と検出ガスとの反応を促進させることができる。また、第2粒子は第1粒子よりも平均粒子径が小さいため、Pt又はPdを含める場合、Pt及びPdは、平均粒子径が小さい第2粒子に混ぜた方が第1粒子に混ぜるよりも均一に混ざり易く、好ましい。 In addition, the second particle may contain one or more components selected from the group consisting of Pt and Pd. Pt and Pd can function as catalysts and promote the reaction between the first particles and the second particles and the detection gas. Further, since the second particle has a smaller average particle size than the first particle, when Pt or Pd is included, it is better to mix Pt and Pd with the second particle having a smaller average particle size than to mix with the first particle. It is preferable because it is easy to mix uniformly.

第1粒子又は第2粒子は、SnOの他に、酸化インジウム(In23)、酸化タングステン(WO)、酸化亜鉛(ZnO)及び酸化チタン(TiO)を含んでもよい。 In addition to SnO 2 , the first particle or the second particle may contain indium oxide (In 2 O 3 ), tungsten oxide (WO 3 ), zinc oxide (ZnO), and titanium oxide (TiO 2 ).

第1粒子と第2粒子との混合方法は、水や溶媒を用いない乾式でもよいし、水や溶媒を用いる湿式でもよいが、乾式で行うことが好ましい。 The method of mixing the first particles and the second particles may be a dry method using no water or a solvent, or a wet method using water or a solvent, but the dry method is preferable.

第1粒子と第2粒子とは、重量比で、9.8:0.2〜7.0:3.0の範囲内となるように混合するのが好ましく、9.5:0.5〜7.5:2.5がより好ましく、9.0:1.0〜8.0:2.0がさらに好ましい。 The first particles and the second particles are preferably mixed so as to have a weight ratio in the range of 9.8: 0.2 to 7.0: 3.0, preferably 9.5: 0.5 to 9.5: 0.5. 7.5: 2.5 is more preferable, and 9.0: 1.0 to 8.0: 2.0 is even more preferable.

複合工程では、第1粒子と第2粒子とを混合した混合粉末をメカノケミカル処理して複合化させる。 In the compounding step, a mixed powder obtained by mixing the first particles and the second particles is treated with a mechanochemical substance to form a composite.

メカノケミカル処理とは、メカノケミカル反応を生じさせる処理をいう。メカノケミカル反応とは、第1粒子及び第2粒子の破砕過程での摩擦や圧縮等の機械エネルギーにより局部的に生じる高いエネルギーを利用することで固溶等を生じさせる化学反応をいう。 The mechanochemical treatment is a treatment that causes a mechanochemical reaction. The mechanochemical reaction is a chemical reaction that causes solid dissolution or the like by utilizing high energy locally generated by mechanical energy such as friction or compression in the crushing process of the first particle and the second particle.

メカノケミカル処理を行う装置としては、コンバージミル、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル等の粉砕・分散機が挙げられる。これらの中でも、短時間で粉砕量が多いこと、第1粒子及び第2粒子の凝集が抑え易いこと及び回収率が高いこと等の点から、コンバージミルが好ましい。 Examples of the apparatus for performing mechanochemical treatment include crushers / dispersers such as convergence mills, ball mills, bead mills, vibration mills, turbo mills, mechanofusions, and disc mills. Among these, the converge mill is preferable from the viewpoints of a large amount of pulverization in a short time, easy suppression of aggregation of the first and second particles, and high recovery rate.

メカノケミカル処理により、第1粒子の表面に第2粒子を固着させることで、第1粒子と第2粒子とが複合化され、複合金属酸化物粒子が得られる。 By fixing the second particle to the surface of the first particle by the mechanochemical treatment, the first particle and the second particle are composited, and a composite metal oxide particle is obtained.

一実施形態に係る複合金属酸化物粒子の製造方法は、複合工程により、平均粒子径が大きい、ミクロンサイズの大きさを有する第1粒子と、平均粒子径が小さい、ナノサイズの大きさを有する第2粒子とをメカノケミカル処理する。これにより、図1に示すように、平均粒子径が大きい第1粒子11の表面に平均粒子径が小さい第2粒子12を強固に固着させることで、複合金属酸化物粒子10を製造することができる。 The method for producing composite metal oxide particles according to one embodiment has a first particle having a large average particle diameter and a micron size, and a nano-sized particle having a small average particle diameter by a composite step. The second particle is treated with mechanochemical. As a result, as shown in FIG. 1, the composite metal oxide particles 10 can be produced by firmly adhering the second particles 12 having a small average particle size to the surface of the first particles 11 having a large average particle size. it can.

複合金属酸化物粒子を後述のように焼結すると、平均粒径が小さい第2粒子が優先的に溶融して、第1粒子同士を三次元的に結合させることができる。これにより、複合金属酸化物粒子の焼結体は、内部に隙間を有する多孔質構造を有することができる。得られた複合金属酸化物粒子の焼結体は、その内部に検出ガスが通り易くなるので、検出ガスは焼結体と接触し易くなる。得られる複合金属酸化物粒子の焼結体をガスセンサのガス感応層に用いることで、ガス感応層は、検出ガスの検知感度を高めることができると共に、高精度のガス感応性を有することができる。よって、一実施形態に係る複合金属酸化物粒子の製造方法を用いれば、検出ガスの検知性能を高めつつ、高精度のガス感応性を有するガスセンサに用いるための複合金属酸化物を製造することができる。 When the composite metal oxide particles are sintered as described later, the second particles having a small average particle size are preferentially melted, and the first particles can be three-dimensionally bonded to each other. Thereby, the sintered body of the composite metal oxide particles can have a porous structure having a gap inside. Since the detection gas easily passes through the sintered body of the obtained composite metal oxide particles, the detection gas easily comes into contact with the sintered body. By using the obtained sintered body of the composite metal oxide particles for the gas-sensitive layer of the gas sensor, the gas-sensitive layer can increase the detection sensitivity of the detected gas and can have high-precision gas sensitivity. .. Therefore, by using the method for producing composite metal oxide particles according to one embodiment, it is possible to manufacture composite metal oxide for use in a gas sensor having high accuracy gas sensitivity while improving the detection performance of the detected gas. it can.

また、得られる複合金属酸化物粒子は、第2粒子が第1粒子の表面に強固に固着した複合粒子であるため、複合工程で、第1粒子のみでの凝集及び第2粒子のみでの凝集が抑えられる。そのため、複合金属酸化物粒子を溶媒等の液体中に浸漬しても、液体中に第1粒子が多い層と第2粒子が多い層とに分離するのを抑えることができるので、複合金属酸化物粒子を溶液中に均一に分散させることができる。よって、複合金属酸化物粒子を含む溶液を加熱して溶液を蒸発させる際、複合金属酸化物粒子を基板上に略均一に堆積させることができるので、複合金属酸化物粒子をガスセンサのガス感応層に用いる際、厚さが略均一なガス感応層を安定して形成できる。また、複合金属酸化物粒子を含んだ溶液を長期間保存しても、複合金属酸化物粒子が溶液中に均一に分散した状態を維持できるため、複合金属酸化物粒子のガス感応層を形成する際、溶液を除去しても、ガス感応層をその膜厚を安定して制御しながら製造できる。 Further, since the obtained composite metal oxide particles are composite particles in which the second particles are firmly fixed to the surface of the first particles, agglomeration of only the first particles and agglomeration of only the second particles in the compositing step. Is suppressed. Therefore, even if the composite metal oxide particles are immersed in a liquid such as a solvent, it is possible to prevent the composite metal oxide particles from separating into a layer having many first particles and a layer having many second particles in the liquid. The particles can be uniformly dispersed in the solution. Therefore, when the solution containing the composite metal oxide particles is heated to evaporate the solution, the composite metal oxide particles can be deposited substantially uniformly on the substrate, so that the composite metal oxide particles can be deposited on the gas sensitive layer of the gas sensor. When used in the above, a gas-sensitive layer having a substantially uniform thickness can be stably formed. Further, even if the solution containing the composite metal oxide particles is stored for a long period of time, the composite metal oxide particles can be maintained in a uniformly dispersed state in the solution, so that a gas-sensitive layer of the composite metal oxide particles is formed. At that time, even if the solution is removed, the gas-sensitive layer can be manufactured while stably controlling the film thickness.

一実施形態に係る複合金属酸化物粒子の製造方法は、第1粒子と第2粒子とを、9.8:0.2〜8.0:2.0の範囲内となるように混合することで、第1粒子の表面に第2粒子を固着させ易くなる。そのため、第1粒子の表面に第2粒子を固着して複合化した複合金属酸化物粒子が略均一に製造し易くなる。得られる複合金属酸化物粒子の焼結体は内部に多数の隙間を有し易くなるので、複合金属酸化物粒子の焼結体をガスセンサのガス感応層として用いる場合、ガス感応層は、検出ガスの検知性能をより高めることができる。また、ガス感応層を構成する複合金属酸化物粒子は、第1粒子の表面に第2粒子を固着して複合化されており、第1粒子同士での凝集が抑えられているので、複合金属酸化物粒子で形成されるガス感応層は、ガス感応層が設置される基板との密着性を高めることができる。 The method for producing composite metal oxide particles according to one embodiment is to mix the first particles and the second particles so as to be in the range of 9.8: 0.2 to 8.0: 2.0. Therefore, it becomes easy to fix the second particle on the surface of the first particle. Therefore, it becomes easy to produce composite metal oxide particles in which the second particles are fixed to the surface of the first particles and composited substantially uniformly. Since the obtained sintered body of the composite metal oxide particles tends to have a large number of gaps inside, when the sintered body of the composite metal oxide particles is used as the gas sensitive layer of the gas sensor, the gas sensitive layer is a detection gas. The detection performance of the gas can be further improved. Further, the composite metal oxide particles constituting the gas-sensitive layer are composited by fixing the second particles to the surface of the first particles, and the aggregation between the first particles is suppressed, so that the composite metal The gas-sensitive layer formed of the oxide particles can enhance the adhesion to the substrate on which the gas-sensitive layer is installed.

一般に、粒子径が大きい粒子は焼結し難いため、その粒子の設置される基板との密着性が低い傾向にある。一方、粒子径が小さい粒子は焼結し易いため、粒子径が大きい粒子に比べて相対的に粒子が設置される基板との密着性が高い傾向にある。よって、粒子径が小さい第2粒子の方が粒子径が大きい第1粒子よりも基板との密着性が高いといえる。また、第一粒子は、粒子間に空隙ができ易いので多孔質構造を形成し易い。本実施形態では、複合金属酸化物粒子の焼結体をガスセンサのガス感応層に用いる場合、ガス感応層は、第2粒子が第1粒子の表面に固着して形成されており、第2粒子がガス感応層が設置される基板に接し易いので、ガス感応層は、基板に対する密着性を高めることができる。 In general, particles having a large particle size are difficult to sinter, and therefore tend to have low adhesion to a substrate on which the particles are placed. On the other hand, since particles having a small particle size are easily sintered, they tend to have higher adhesion to a substrate on which the particles are placed than particles having a large particle size. Therefore, it can be said that the second particle having a small particle size has higher adhesion to the substrate than the first particle having a large particle size. In addition, the first particles tend to form voids between the particles, so that a porous structure is easily formed. In the present embodiment, when the sintered body of the composite metal oxide particles is used for the gas-sensitive layer of the gas sensor, the gas-sensitive layer is formed by fixing the second particles to the surface of the first particles, and the second particles. Is easy to contact with the substrate on which the gas-sensitive layer is installed, so that the gas-sensitive layer can improve the adhesion to the substrate.

一実施形態に係る複合金属酸化物粒子の製造方法は、第2粒子に、Sb、PO、Nb、Sb、P及びNbからなる群から選択される一種以上の成分を含むことで、得られる複合金属酸化物粒子の導電性を高めることができる。 In the method for producing composite metal oxide particles according to one embodiment, one or more components selected from the group consisting of Sb 2 O 3 , PO 5 , Nb 2 O 5, Sb, P and Nb are added to the second particles. By including it, the conductivity of the obtained composite metal oxide particles can be enhanced.

一実施形態に係る複合金属酸化物粒子の製造方法は、第2粒子に、Pt及びPdからなる群から選択される一種以上の成分を含むことで、複合金属酸化物粒子の焼結体と検知ガスとの反応性を高めることができる。そのため、複合金属酸化物粒子の焼結体をガスセンサのガス感応層に用いる場合、ガス感応層は検出ガスの検知性能を高めることができる。 The method for producing composite metal oxide particles according to one embodiment is to detect that the composite metal oxide particles are sintered bodies by including one or more components selected from the group consisting of Pt and Pd in the second particles. The reactivity with gas can be enhanced. Therefore, when the sintered body of the composite metal oxide particles is used for the gas-sensitive layer of the gas sensor, the gas-sensitive layer can enhance the detection performance of the detected gas.

なお、本実施形態に係る複合金属酸化物粒子の製造方法では、第1粒子が、SnOの他に、Sb、PO、Nb、Sb、P及びNbからなる群から選択される一種以上の成分を含んでもよい。第1粒子及び第2粒子の両方が、Sb、PO、Nb、Sb、P及びNbからなる群から選択される一種以上の成分を含んでよい。 In the method for producing composite metal oxide particles according to the present embodiment, the first particles consist of a group consisting of Sb 2 O 3 , PO 5 , Nb 2 O 5 , Sb, P and Nb in addition to SnO 2. It may contain one or more selected components. Both the first and second particles may contain one or more components selected from the group consisting of Sb 2 O 3 , PO 5 , Nb 2 O 5, Sb, P and Nb.

本実施形態では、第1粒子が、Pt及びPdからなる群から選択される一種以上の成分を含んでもよい。第1粒子及び第2粒子の両方が、Pt及びPdからなる群から選択される一種以上の成分を含んでよい。 In this embodiment, the first particle may contain one or more components selected from the group consisting of Pt and Pd. Both the first and second particles may contain one or more components selected from the group consisting of Pt and Pd.

<複合金属酸化物粒子>
一実施形態に係る複合金属酸化物粒子の製造方法により複合金属酸化物粒子が得られる。複合金属酸化物粒子は、上述の通り、第1粒子と第2粒子とを含み、平均粒子径が大きい第1粒子の表面に平均粒子径が小さい第2粒子が固着して複合化されたものである。
<Composite metal oxide particles>
Composite metal oxide particles can be obtained by the method for producing composite metal oxide particles according to one embodiment. As described above, the composite metal oxide particles include the first particles and the second particles, and the second particles having a small average particle size are fixed and composited on the surface of the first particles having a large average particle size. Is.

一実施形態に係る複合金属酸化物粒子では、上述の通り、第1粒子は、平均粒子径が1μm〜10μmであり、第2粒子に比べて大きめの粒子である。そのため、複合金属酸化物粒子は第1粒子を含むことで、複合金属酸化物粒子の焼結体はその内部に隙間が形成された多孔質構造を有することができる。よって、焼結体の内部には検出ガスが通り易くなり、検出ガスの検知感度を高めることができると共に、高精度のガス感応性を有することができる。よって、一実施形態に係る複合金属酸化物粒子の焼結体は、ガスセンサのガス感応層として用いる際、高い検出ガスの検知性能を有すると共に、高精度のガス感応性を有するガス反応層とすることができる。 In the composite metal oxide particles according to one embodiment, as described above, the first particles have an average particle diameter of 1 μm to 10 μm, which are larger than the second particles. Therefore, since the composite metal oxide particles contain the first particles, the sintered body of the composite metal oxide particles can have a porous structure in which gaps are formed therein. Therefore, the detection gas can easily pass through the inside of the sintered body, the detection sensitivity of the detection gas can be increased, and the gas sensitivity with high accuracy can be obtained. Therefore, when the sintered body of the composite metal oxide particles according to one embodiment is used as a gas sensitive layer of a gas sensor, it is a gas reaction layer having high detection gas detection performance and high precision gas sensitivity. be able to.

また、複合金属酸化物粒子は、第2粒子に、平均粒子径が10nm〜300nmである、ナノサイズの大きさを有する粒子を用いる。複合金属酸化物粒子は第2粒子を含むことで、複合金属酸化物粒子の焼結体を用いてガス感応層を形成する際の焼成工程において第2粒子が優先的に溶融させることができるので、焼成工程における焼結温度を下げることができる。そのため、複合金属酸化物粒子を用いてガス感応層を形成する際、ガス感応層の下地となる基板上に配置される、電極や配線等への影響を軽減できるので、ガス感応層を含むガスセンサが製造し易くなる。 Further, as the composite metal oxide particles, particles having a nano-sized size having an average particle diameter of 10 nm to 300 nm are used as the second particles. Since the composite metal oxide particles contain the second particles, the second particles can be preferentially melted in the firing step when the gas-sensitive layer is formed by using the sintered body of the composite metal oxide particles. , The sintering temperature in the firing process can be lowered. Therefore, when the gas-sensitive layer is formed by using the composite metal oxide particles, the influence on the electrodes and wiring arranged on the substrate which is the base of the gas-sensitive layer can be reduced, so that the gas sensor including the gas-sensitive layer can be reduced. Is easier to manufacture.

一実施形態に係る複合金属酸化物粒子は、第1粒子と第2粒子とを、9.8:0.2〜7.0:3.0の範囲内となるように混合するのが好ましい。複合金属酸化物粒子は、第1粒子と第2粒子とを9.8:0.2〜7.0:3.0の範囲内となるように含むことで、第1粒子の表面に第2粒子を固着させやすくなる。そのため、複合金属酸化物粒子は、第1粒子の表面に第2粒子を固着して複合化した状態で、大きさが略均一な粒子とすることができる。得られる複合金属酸化物粒子を用いて形成した複合金属酸化物粒子の焼結体は内部に多数の隙間を有し易いため、複合金属酸化物粒子の焼結体をガスセンサのガス感応層として用いる際、ガス感応層は、検出ガスの検知性能を高くすることができる。また、複合金属酸化物粒子は、第1粒子の表面に第2粒子を固着して複合化されており、第1粒子同士での凝集が抑えられているので、複合金属酸化物粒子の焼結体で形成したガス感応層は、ガス感応層が設置される基板に対して高い密着性を有することができる。 In the composite metal oxide particles according to one embodiment, it is preferable to mix the first particles and the second particles so as to be in the range of 9.8: 0.2 to 7.0: 3.0. The composite metal oxide particles include the first particles and the second particles so as to be in the range of 9.8: 0.2 to 7.0: 3.0, so that the second particles are on the surface of the first particles. It becomes easier to fix the particles. Therefore, the composite metal oxide particles can be made into particles having a substantially uniform size in a state in which the second particles are fixed to the surface of the first particles and composited. Since the sintered body of the composite metal oxide particles formed by using the obtained composite metal oxide particles tends to have a large number of gaps inside, the sintered body of the composite metal oxide particles is used as the gas sensitive layer of the gas sensor. At this time, the gas sensitive layer can enhance the detection performance of the detected gas. Further, the composite metal oxide particles are composited by fixing the second particles to the surface of the first particles, and the aggregation of the first particles is suppressed. Therefore, the composite metal oxide particles are sintered. The gas-sensitive layer formed by the body can have high adhesion to the substrate on which the gas-sensitive layer is installed.

一実施形態に係る複合金属酸化物粒子は、上述の通り、その焼結体が多数の空隙が形成された多孔質構造を有することができるので、ガスセンサのガス感応層として好適に用いることができる。 As described above, the composite metal oxide particles according to the embodiment can be suitably used as a gas sensitive layer of a gas sensor because the sintered body can have a porous structure in which a large number of voids are formed. ..

<ガス感応層の製造方法>
一実施形態に係る複合金属酸化物粒子を適用したガス感応層の製造方法について説明する。図2は、一実施形態に係るガス感応層の製造方法を示すフローチャートである。図2に示すように、ガス感応層の製造方法は、インク作製工程(ステップS11)と、塗布工程(ステップS12)と、焼成工程(ステップS13)とを含む。
<Manufacturing method of gas sensitive layer>
A method for producing a gas-sensitive layer to which the composite metal oxide particles according to the embodiment is applied will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing a gas-sensitive layer according to an embodiment. As shown in FIG. 2, the method for producing the gas-sensitive layer includes an ink manufacturing step (step S11), a coating step (step S12), and a firing step (step S13).

上記の複合金属酸化物粒子の製造方法を用いて生成された複合金属酸化物粒子を溶媒に分散させて、ペースト状のインクを生成する(インク作製工程(ステップS11))。 The composite metal oxide particles produced by using the above method for producing composite metal oxide particles are dispersed in a solvent to produce a paste-like ink (ink preparation step (step S11)).

溶媒としては、水及び有機溶媒等を用いることができる。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(イソプロピルアルコール:IPA)、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール及びジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート及びγ−ブチロラクトン等のエステル類;ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル、エチレングルコールモノエチルエーテル、エチレングルコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル及びジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセチルアセトン及びシクロヘキサノン等のケトン類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアセトアミド及びN−メチルピロリドン等のアミド類;エチレングリコール、ジエチレングリコール及びプロピレングリコール等のグリコール類等が挙げられる。これらの溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 As the solvent, water, an organic solvent and the like can be used. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol: IPA), butanol, pentanol, hexanol, octanol and diacetone alcohol, ethyl acetate, butyl acetate and ethyl lactate. , Esters such as propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate and γ-butyrolactone; diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol Ethers such as monomethyl ether and diethylene glycol monoethyl ether; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), acetylacetone and cyclohexanone; N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetoacetamide and N -Amids such as methylpyrrolidone; glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol and propylene glycol can be mentioned. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

インクに含まれる、複合金属酸化物粒子と溶媒との配合比は、適宜設計可能であるが、例えば、溶媒100質量部に対して、30重量部〜90重量部であることが好ましく、40重量部〜80重量部であることがより好ましく、50重量部〜70重量部であることがさらに好ましい。 The blending ratio of the composite metal oxide particles and the solvent contained in the ink can be appropriately designed, but for example, it is preferably 30 parts by weight to 90 parts by weight, preferably 40 parts by weight, based on 100 parts by mass of the solvent. It is more preferably parts to 80 parts by weight, and even more preferably 50 parts by weight to 70 parts by weight.

また、複合金属酸化物粒子として、平均粒子径が大きい第1粒子の表面に平均粒子径が小さい第2粒子が固着して複合化されたものを用いている。そのため、複合金属酸化物粒子を溶媒に分散させた際に、平均粒子径が大きい第1粒子と平均粒子径が小さい第2粒子とが分離することがない。このため、塗布工程(ステップS12)及び焼成工程(ステップS13)を経て得られるガス感応層は、内部に空隙が略均一に形成された多孔質構造を有することができる。 Further, as the composite metal oxide particles, those in which the second particles having a small average particle size are fixed to the surface of the first particles having a large average particle size and composited are used. Therefore, when the composite metal oxide particles are dispersed in the solvent, the first particles having a large average particle size and the second particles having a small average particle size do not separate from each other. Therefore, the gas-sensitive layer obtained through the coating step (step S12) and the firing step (step S13) can have a porous structure in which voids are formed substantially uniformly.

次に、得られたインクを基板に所望のパターン状に塗布して乾燥させることにより、基板上に所望のパターン形状を有する皮膜を形成する(塗布工程(ステップS12)。 Next, the obtained ink is applied to the substrate in a desired pattern and dried to form a film having a desired pattern shape on the substrate (coating step (step S12)).

基板としては、特に限定されず、例えば、表面が金属酸化物で絶縁性を有し、加熱機能を備えているものが好ましい。基板としては、例えば、後述する、ガスセンサにおいてガス反応層が設置される絶縁層に用いられる材料等を用いることができる。 The substrate is not particularly limited, and for example, a substrate having a surface made of a metal oxide, having an insulating property, and having a heating function is preferable. As the substrate, for example, a material or the like used for an insulating layer in which a gas reaction layer is installed in a gas sensor, which will be described later, can be used.

インクの基板への塗布方法としては、特に限定されず、スクリーン印刷、ローラーコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング、インクジェット方式、ディスペンサ方式等の公知の方法を用いることができる。なお、インクがペースト状の場合はスクリーン印刷が好適に用いられ、液状の場合は、スプレーコーティンが好適に用いられる。 The method of applying the ink to the substrate is not particularly limited, and known methods such as screen printing, roller coating, spin coating, spray coating, inkjet method, and dispenser method can be used. When the ink is in the form of a paste, screen printing is preferably used, and when the ink is in the form of a liquid, spray coating is preferably used.

皮膜の厚さは、後述するガス反応層の厚さに応じて適宜設計可能である。 The thickness of the film can be appropriately designed according to the thickness of the gas reaction layer described later.

次に、パターン形状に形成した皮膜を焼成して、ガス感応層を作製する(焼成工程(ステップS13)。 Next, the film formed in the pattern shape is fired to prepare a gas-sensitive layer (firing step (step S13).

皮膜は、炉内に乾燥空気を導入しながら酸化性雰囲気で焼成するのが好ましい。また、熱処理時に蒸発した有機分を除去する目的で、酸素(O)等の乾燥空気を導入してもよい。 The coating is preferably fired in an oxidizing atmosphere while introducing dry air into the furnace. Further, dry air such as oxygen (O 2 ) may be introduced for the purpose of removing the organic component evaporated during the heat treatment.

皮膜の焼成温度としては、例えば、400℃〜800℃が好ましく、500℃〜600℃がより好ましい。このような温度範囲で焼成することにより、第1粒子及び第2粒子を安定して焼結させ、第1粒子の表面に第2粒子を固着させることができるので、ガス感応膜を安定して作製できる。 The firing temperature of the film is preferably, for example, 400 ° C. to 800 ° C., more preferably 500 ° C. to 600 ° C. By firing in such a temperature range, the first particles and the second particles can be stably sintered, and the second particles can be fixed to the surface of the first particles, so that the gas-sensitive film can be stabilized. Can be made.

ガス感応膜の焼成時間は、適宜設計可能であり、例えば、10分〜1時間が好ましい。 The firing time of the gas-sensitive film can be appropriately designed, and is preferably 10 minutes to 1 hour, for example.

皮膜を焼成することで、皮膜中の溶媒は蒸発して、複合金属酸化物が焼結することで、図1に示すような複合金属酸化物の焼結体からなるガス感応層が形成される。 By firing the film, the solvent in the film evaporates and the composite metal oxide is sintered, so that a gas-sensitive layer made of a sintered body of the composite metal oxide as shown in FIG. 1 is formed. ..

一実施形態に係るガス感応層の製造方法は、焼成工程(ステップS13)により、ペースト状のインクを加熱して、インク中に含まれる溶媒を除去すると共に、複合金属酸化物粒子を焼結する。これにより、複合金属酸化物粒子の焼結体で形成されたガス感応層を得ることができる。ガス感応層は、内部に空隙が形成された多孔質構造を有することで、検出ガスが内部を通り易くなっており、検出ガスとの接触面積を大きくすることができるので、検出ガスの検知性能が高く、高精度のガス感応性を有することができる。 In the method for producing a gas-sensitive layer according to one embodiment, the paste-like ink is heated by the firing step (step S13) to remove the solvent contained in the ink and the composite metal oxide particles are sintered. .. This makes it possible to obtain a gas-sensitive layer formed of a sintered body of composite metal oxide particles. Since the gas-sensitive layer has a porous structure in which voids are formed inside, the detection gas can easily pass through the inside, and the contact area with the detection gas can be increased, so that the detection performance of the detection gas can be increased. Can have high precision gas sensitivity.

また、焼成工程(ステップS13)において、インクを焼成する際、第2粒子は平均粒子液が小さい、ナノサイズの大きさを有する粒子であるため、焼結温度を下げることができる。そのため、複合金属酸化物のガス感応層が形成される、下地となる基板上に電極や配線等が配置される場合、これらの電極や配線等への影響を軽減することができる、よって、ガス感応層を備えるガスセンサが製造し易くなる。 Further, in the firing step (step S13), when the ink is fired, the second particles are particles having a small average particle size and a nano-sized size, so that the sintering temperature can be lowered. Therefore, when the gas-sensitive layer of the composite metal oxide is formed and the electrodes, wirings, etc. are arranged on the substrate as the base, the influence on these electrodes, wirings, etc. can be reduced, and thus the gas. A gas sensor having a sensitive layer can be easily manufactured.

さらに、ガス感応層は、第1粒子の表面に第2粒子が固着して複合化されており、第1粒子同士での凝集が抑えられているので、ガス感応層が設置される基板に対する密着性が高い。そのため、ガス感応膜を焼成してガス感応膜中の溶媒を蒸発させ、複合金属酸化物粒子を基板上に堆積させることで、ガス感応層が形成される基板への密着性を高めることができる。 Further, the gas-sensitive layer is composited with the second particles fixed to the surface of the first particles, and the aggregation of the first particles is suppressed, so that the gas-sensitive layer adheres to the substrate on which the gas-sensitive layer is installed. Highly sex. Therefore, by firing the gas-sensitive film to evaporate the solvent in the gas-sensitive film and depositing the composite metal oxide particles on the substrate, it is possible to improve the adhesion to the substrate on which the gas-sensitive layer is formed. ..

また、一実施形態に係るガス感応層の製造方法は、インク作製工程(ステップS11)において作製したインクは、複合金属酸化物粒子を溶媒中に均一に分散した状態で含むことができる。そのため、焼成工程(ステップS13)において、ガス感応膜中の溶媒を蒸発させることで、複合金属酸化物粒子を略均一に基板上に堆積させることができるので、焼成工程(ステップS13)において生成するガス感応層は、略均一な層を安定して有することができる。また、インクを長期間保存しても、インク中の複合金属酸化物粒子はインク中に均一に分散した状態を維持できるため、焼成工程(ステップS13)においてインクを熱処理して溶媒を除去しても、ガス感応層をその膜厚を安定して制御しながら製造できる。 Further, in the method for producing a gas-sensitive layer according to one embodiment, the ink produced in the ink production step (step S11) can contain composite metal oxide particles in a state of being uniformly dispersed in a solvent. Therefore, in the firing step (step S13), the composite metal oxide particles can be deposited on the substrate substantially uniformly by evaporating the solvent in the gas-sensitive film, so that the composite metal oxide particles are generated in the firing step (step S13). The gas-sensitive layer can stably have a substantially uniform layer. Further, even if the ink is stored for a long period of time, the composite metal oxide particles in the ink can be maintained in a uniformly dispersed state in the ink. Therefore, in the firing step (step S13), the ink is heat-treated to remove the solvent. However, the gas-sensitive layer can be manufactured while stably controlling the film thickness.

<ガス感応層>
一実施形態に係るガス感応層の製造方法を用いて生成したガス感応層について説明する。ガス感応層は、上述の通り、複合金属酸化物粒子を含むインクを焼成することにより生じる、複合金属酸化物粒子の焼結体で形成される。
<Gas sensitive layer>
A gas-sensitive layer produced by using the method for producing a gas-sensitive layer according to an embodiment will be described. As described above, the gas-sensitive layer is formed of a sintered body of composite metal oxide particles produced by firing an ink containing composite metal oxide particles.

複合金属酸化物粒子の焼結体に含まれる第1粒子及び第2粒子を構成するSnOは、金属酸化物半導体であり、検出ガスと接触することにより、その電気抵抗値が変化する。ガス感応層は、高温(例えば、200℃〜500℃程度)に加熱されると、検出ガスのガス濃度によりその導電率が変化する特性を有する。金属酸化物半導体は、空気中、室温下では酸素を吸着して高抵抗化するが、高温(例えば、200℃〜500℃程度)にした状態で可燃性ガス中に放置すると、可燃性ガスを燃焼(吸着酸素と反応して脱着)させて低抵抗化する。 SnO 2 constituting the first particles and the second particles contained in the sintered body of the composite metal oxide particles is a metal oxide semiconductor, and its electric resistance value changes when it comes into contact with the detection gas. When the gas-sensitive layer is heated to a high temperature (for example, about 200 ° C. to 500 ° C.), its conductivity changes depending on the gas concentration of the detected gas. Metal oxide semiconductors adsorb oxygen in the air at room temperature to increase resistance, but when left in a flammable gas at a high temperature (for example, about 200 ° C to 500 ° C), the flammable gas is released. Combustion (desorption by reacting with adsorbed oxygen) reduces resistance.

SnO等は、n型金属酸化物半導体であるため、ガス感応層が空気中にある場合、ガス感応層の表面には酸素等が吸着される。酸素は電子受容性が強くて負電荷吸着するため、ガス感応層の表面には空間電荷層が形成される。これにより、ガス感応層は導電率が低下して高抵抗化する。一方、可燃性ガス等の電子供与性の還元性気体中にあるガス感応層が高温(例えば、200℃〜500℃程度)に加熱されることにより、可燃性ガスの燃焼反応が起こる。このとき、ガス感応層の表面の吸着酸素が消費され、吸着酸素が捕獲していた電子がガス感応層内に戻されることにより、ガス感応層内の電子密度が増加する。これにより、ガス感応層は導電率が増大して低抵抗化する。 Since SnO 2 and the like are n-type metal oxide semiconductors, when the gas-sensitive layer is in the air, oxygen and the like are adsorbed on the surface of the gas-sensitive layer. Since oxygen has strong electron acceptability and adsorbs negative charges, a space charge layer is formed on the surface of the gas-sensitive layer. As a result, the conductivity of the gas-sensitive layer is lowered and the resistance is increased. On the other hand, when the gas-sensitive layer in the electron-donating reducing gas such as flammable gas is heated to a high temperature (for example, about 200 ° C. to 500 ° C.), a combustion reaction of the flammable gas occurs. At this time, the adsorbed oxygen on the surface of the gas-sensitive layer is consumed, and the electrons captured by the adsorbed oxygen are returned to the gas-sensitive layer, so that the electron density in the gas-sensitive layer increases. As a result, the conductivity of the gas-sensitive layer is increased and the resistance is lowered.

ガス感応層は、上述の通り、複合金属酸化物粒子の焼結体で形成され、多孔質構造を有するので、検出ガスがガス感応層内を通り易く、ガス感応層と接触し易い。よって、ガス感応層は、検出ガスの検知性能が高く、高精度のガス感応性を有することができる。また、ガス感応層を構成する複合金属酸化物粒子は、第1粒子の表面に第2粒子を固着して複合化されており、第1粒子同士での凝集が抑えられているので、ガス感応層は、ガス感応層が形成される基板との密着性を高めることができる。 As described above, the gas-sensitive layer is formed of a sintered body of composite metal oxide particles and has a porous structure, so that the detected gas easily passes through the gas-sensitive layer and easily contacts the gas-sensitive layer. Therefore, the gas-sensitive layer can have high detection performance of the detected gas and high-precision gas sensitivity. Further, the composite metal oxide particles constituting the gas-sensitive layer are composited by fixing the second particles to the surface of the first particles, and the agglomeration of the first particles is suppressed, so that they are gas-sensitive. The layer can enhance the adhesion to the substrate on which the gas-sensitive layer is formed.

<ガスセンサ>
一実施形態に係るガス感応層を適用したガスセンサについて説明する。一実施形態に係るガスセンサは、検出ガスを検出するガスセンサであって、検出ガスを検知するガス感応層を有する。ガスセンサは、薄膜の半導体型センサである。図3は、ガスセンサの構成の一例を示す概念断面図である。図3に示すように、ガスセンサ20は、基板21、熱絶縁支持層22、ヒーター層23、絶縁層24及びガス検出層25を備える。そして、ガス検出層25は、検出ガスを検知するガス感応層25cと、ガス感応層25cに接続された電極(後述する感知層電極25b)とを有している。なお、ヒーター層23は、図示しない電源部に接続されており、ガス検出層25は、図示しない検出器に接続されている。
<Gas sensor>
A gas sensor to which the gas sensitive layer according to the embodiment is applied will be described. The gas sensor according to one embodiment is a gas sensor that detects a detected gas, and has a gas sensitive layer that detects the detected gas. The gas sensor is a thin film semiconductor type sensor. FIG. 3 is a conceptual cross-sectional view showing an example of the configuration of the gas sensor. As shown in FIG. 3, the gas sensor 20 includes a substrate 21, a heat insulating support layer 22, a heater layer 23, an insulating layer 24, and a gas detection layer 25. The gas detection layer 25 has a gas-sensitive layer 25c for detecting the detected gas and an electrode (sensing layer electrode 25b described later) connected to the gas-sensitive layer 25c. The heater layer 23 is connected to a power supply unit (not shown), and the gas detection layer 25 is connected to a detector (not shown).

基板21は、平板状の基板であって、基板21を形成する材料として、金属シリコン、またはアルミナ、ムライト、フォルステライト、ステアタイト、コージェライト等の金属酸化物等を用いることができる。 The substrate 21 is a flat plate, and as a material for forming the substrate 21, metallic silicon, metal oxides such as alumina, mullite, forsterite, steatite, and cordierite can be used.

基板21は、平面視においてガス検出層25が形成された位置に貫通孔21aを有する。 The substrate 21 has a through hole 21a at a position where the gas detection layer 25 is formed in a plan view.

基板21の表面は、平坦であることが好ましく、基板の表面粗さは、例えば、0.01μm〜1.0μmの間であることが好ましい。 The surface of the substrate 21 is preferably flat, and the surface roughness of the substrate is preferably, for example, between 0.01 μm and 1.0 μm.

熱絶縁支持層22は、基板21の上面(図3中の上方向)に設けられ、貫通孔21aにダイアフラム様に形成されている。本実施形態では、熱絶縁支持層22は、第1のSiO層22a、Si層22b及び第2のSiO2層22cの三層構造で構成されている。 The heat insulating support layer 22 is provided on the upper surface of the substrate 21 (upward in FIG. 3), and is formed in the through hole 21a like a diaphragm. In the present embodiment, the thermal insulating supporting layer 22 is composed of a three-layer structure of the first SiO 2 layer 22a, Si 3 N 4 layer 22b and the second SiO 2 layer 22c.

第1のSiO層22aは、熱酸化温度800℃〜1100℃で熱酸化により形成できる。第1のSiO層22aは、断熱層として機能し、ヒーター層23で発生する熱を基板21側へ伝熱しないようにして熱容量を小さくする機能を有する。また、第1のSiO層22aは、プラズマエッチングに対して高い抵抗力を示し、プラズマエッチングによる基板21への貫通孔の形成を容易にすることができる。 The first SiO 2 layer 22a can be formed by thermal oxidation at a thermal oxidation temperature of 800 ° C. to 1100 ° C. The first SiO 2 layer 22a functions as a heat insulating layer, and has a function of reducing the heat capacity by preventing heat transfer generated in the heater layer 23 to the substrate 21 side. Further, the first SiO 2 layer 22a exhibits high resistance to plasma etching, and can facilitate the formation of through holes in the substrate 21 by plasma etching.

Si層22bは、第1のSiO層22aの上面(図3中の上方向)に、化学気相成長法(CVD)法を用いて形成される。 The Si 3 N 4 layer 22b is formed on the upper surface (upward direction in FIG. 3) of the first SiO 2 layer 22a by using a chemical vapor deposition (CVD) method.

第2のSiO層22cは、CVD法により形成でき、ヒーター層23との密着性を向上させると共に絶縁性を確保することができる。CVD法により形成される第2のSiO層は内部応力が小さいため、熱絶縁支持層22に歪みが生じるのを軽減できる。 The second SiO 2 layer 22c can be formed by a CVD method, and can improve the adhesion with the heater layer 23 and secure the insulating property. Since the second SiO 2 layer formed by the CVD method has a small internal stress, it is possible to reduce the occurrence of distortion in the heat insulating support layer 22.

ヒーター層23は、熱絶縁支持層22の上面(図3中の上方向)の略中央に設けられる。ヒーター層23は、薄膜であり、例えば、PtとWとを含むPt−W膜等で形成できる。ヒーター層23は、不図示の端子を介して不図示の電源部と電気的に接続され、給電される。 The heater layer 23 is provided substantially in the center of the upper surface (upward direction in FIG. 3) of the heat insulating support layer 22. The heater layer 23 is a thin film and can be formed of, for example, a Pt-W film containing Pt and W. The heater layer 23 is electrically connected to a power supply unit (not shown) via a terminal (not shown) to supply power.

絶縁層24は、熱絶縁支持層22及びヒーター層23を覆うように設けられる。絶縁層24は、例えばSiO層等で形成できる。絶縁層24は、ヒーター層23と電極である感知層電極25bとの間に電気的な絶縁を確保することができると共に、ガス感応層25cとの密着性を向上させる。 The insulating layer 24 is provided so as to cover the heat insulating support layer 22 and the heater layer 23. The insulating layer 24 can be formed of, for example, two SiO layers. The insulating layer 24 can secure electrical insulation between the heater layer 23 and the sensing layer electrode 25b, which is an electrode, and improves the adhesion to the gas-sensitive layer 25c.

ガス検出層25は、一対の接合層25a、一対の感知層電極25b、ガス感応層25c及び吸着層25dを備える。 The gas detection layer 25 includes a pair of bonding layers 25a, a pair of sensing layer electrodes 25b, a gas sensitive layer 25c, and an adsorption layer 25d.

接合層25aは、例えば、タンタル膜(Ta膜)又はチタン膜(Ti膜)等で形成でき、絶縁層24の上に設けられる。接合層25aは、感知層電極25bと絶縁層24との接合強度を高めることができる。 The bonding layer 25a can be formed of, for example, a tantalum film (Ta film) or a titanium film (Ti film), and is provided on the insulating layer 24. The bonding layer 25a can increase the bonding strength between the sensing layer electrode 25b and the insulating layer 24.

感知層電極25bは、例えば、白金膜(Pt膜)又は金膜(Au膜)等で形成できる。感知層電極25bは、一対の接合層25aの上に設けられ、ガス感応層25cの感知電極となる。感知層電極25bは、不図示の端子を介して不図示の検出器と電気的に接続される。 The sensing layer electrode 25b can be formed of, for example, a platinum film (Pt film) or a gold film (Au film). The sensing layer electrode 25b is provided on the pair of bonding layers 25a and serves as a sensing electrode for the gas sensitive layer 25c. The sensing layer electrode 25b is electrically connected to a detector (not shown) via a terminal (not shown).

ガス感応層25cは、一対の感知層電極25bを連結するように絶縁層24の上に形成される。 The gas sensitive layer 25c is formed on the insulating layer 24 so as to connect the pair of sensing layer electrodes 25b.

ガス感応層25cは、上述の通り、本実施形態に係るガス感知層が用いられるため、詳細について省略する。 As described above, the gas sensitive layer 25c uses the gas sensing layer according to the present embodiment, and thus details thereof will be omitted.

ガス感応層25cの厚さは、適宜設計可能であり、例えば、10μm〜40μmであることが好ましく、7μm〜30μmであることが好ましく、5μm〜20μmであることがさらに好ましい。ガス感応層25cの厚さは、例えば、5μm〜20μmであれば、検知性能及び感応性の両方を良好とすることができる。 The thickness of the gas-sensitive layer 25c can be appropriately designed, and is preferably, for example, 10 μm to 40 μm, preferably 7 μm to 30 μm, and even more preferably 5 μm to 20 μm. If the thickness of the gas-sensitive layer 25c is, for example, 5 μm to 20 μm, both the detection performance and the sensitivity can be improved.

吸着層25dは、絶縁層24、一対の接合層25a、一対の感知層電極25b及びガス感応層25cの表面を覆うように設けられる。 The adsorption layer 25d is provided so as to cover the surfaces of the insulating layer 24, the pair of bonding layers 25a, the pair of sensing layer electrodes 25b, and the gas sensitive layer 25c.

吸着層25dは、パラジウム(Pd)、白金(Pt)等の貴金属元素の少なくとも一種を触媒として、多孔質構造を有する担持体に担持した焼結体を用いることができる。担持体として、例えば、アルミナ(Al23)、酸化クロム(Cr23)、酸化鉄(Fe23)、酸化ニッケル(Ni23)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、シリカ(SiO2)、ゼオライト等の金属酸化物を用いることができる。これらは一種単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。アルミナ等の担持体は多孔質構造を有するため、孔を通過する検査対象ガスが触媒に接触する面積を増加させることができる。また、大気中に、検査対象ガス以外に、検査対象ガスよりも酸化活性の強い還元性ガスが含まれる場合、還元性ガスの燃焼反応を促進し、検査対象ガスの選択性を高めることができる。これにより、ガス感応層25cへ達する検査対象ガスのガス濃度が高まり、ガスセンサ20はより感度を高めることができる。 As the adsorption layer 25d, a sintered body supported on a carrier having a porous structure can be used using at least one of noble metal elements such as palladium (Pd) and platinum (Pt) as a catalyst. As the carrier, for example, alumina (Al 2 O 3 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), nickel oxide (Ni 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), silica ( Metal oxides such as SiO 2 ) and zeolite can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Since the carrier such as alumina has a porous structure, the area where the gas to be inspected passing through the pores comes into contact with the catalyst can be increased. Further, when the atmosphere contains a reducing gas having a stronger oxidizing activity than the inspection target gas in addition to the inspection target gas, the combustion reaction of the reducing gas can be promoted and the selectivity of the inspection target gas can be enhanced. .. As a result, the gas concentration of the gas to be inspected reaching the gas sensitive layer 25c increases, and the sensitivity of the gas sensor 20 can be further increased.

ガスセンサ20は、ダイアフラム構造として、高断熱及び低熱容量としている。ガスセンサ20では、ヒーター層23は、図示しない電源部に接続されており、ガス検出層25は、図示しない検出器に接続されている。ヒーター層23は、図示しない電源部から送られる電気により駆動するように接続されている。ガス感応層25cは、感知層電極25bを介して、ガス感応層25cの抵抗値の変化を検出するように接続されている。 The gas sensor 20 has a diaphragm structure with high heat insulation and low heat capacity. In the gas sensor 20, the heater layer 23 is connected to a power supply unit (not shown), and the gas detection layer 25 is connected to a detector (not shown). The heater layer 23 is connected so as to be driven by electricity sent from a power supply unit (not shown). The gas-sensitive layer 25c is connected via a sensing layer electrode 25b so as to detect a change in the resistance value of the gas-sensitive layer 25c.

このように、ガスセンサ20は、ガス感応層25cを備える。ガス感応層25cは、上述の通り、複合金属酸化物粒子の焼結体で形成され、多孔質構造であるので、検出ガスはガス感応層25cの内部を通り易く、接触し易い。よって、ガスセンサ20は、検出ガスの検知性能を高めることができると共に、高精度のガス感応性を有することができる。また、ガス感応層25cは、上述の通り、複合金属酸化物粒子の焼結体で形成され、複合金属酸化物粒子の焼結体は第1粒子の表面に第2粒子を固着して複合化され、第1粒子同士での凝集が抑えられている。よって、ガスセンサ20は、ガス感応層25cと絶縁層24との密着性を高めることができるので、ガス感応層25cを絶縁層24上に安定して設置することができ、検出ガスの検知を安定して行うことができる。 As described above, the gas sensor 20 includes the gas sensitive layer 25c. As described above, the gas-sensitive layer 25c is formed of a sintered body of composite metal oxide particles and has a porous structure, so that the detected gas easily passes through the inside of the gas-sensitive layer 25c and easily comes into contact with the gas-sensitive layer 25c. Therefore, the gas sensor 20 can improve the detection performance of the detected gas and can have high-precision gas sensitivity. Further, as described above, the gas-sensitive layer 25c is formed of a sintered body of composite metal oxide particles, and the sintered body of the composite metal oxide particles is composited by fixing the second particles to the surface of the first particles. Therefore, aggregation of the first particles is suppressed. Therefore, since the gas sensor 20 can improve the adhesion between the gas sensitive layer 25c and the insulating layer 24, the gas sensitive layer 25c can be stably installed on the insulating layer 24, and the detection of the detected gas is stable. Can be done.

なお、本実施形態では、ガスセンサ20は、ダイアフラム構造でなくてもよい。 In this embodiment, the gas sensor 20 does not have to have a diaphragm structure.

以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiments have been described above, the above-described embodiments are presented as examples, and the present invention is not limited to the above-described embodiments. The above-described embodiment can be implemented in various other forms, and various combinations, omissions, replacements, changes, and the like can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

10 複合金属酸化物粒子
11 第1粒子
12 第2粒子
20 ガスセンサ
25 ガス検出層
25c ガス感応層
10 Composite metal oxide particles 11 First particles 12 Second particles 20 Gas sensor 25 Gas detection layer 25c Gas sensitive layer

Claims (9)

ガスセンサのガス感応層に用いられる複合金属酸化物粒子の製造方法であって、
平均粒子径が1μm〜10μmの、SnOを含む第1粒子と、平均粒子径が10nm〜300nmの、SnOを含む第2粒子とをメカノケミカル処理することで、前記第1粒子の表面に前記第2粒子を固着させて複合化した複合金属酸化物粒子を得る複合工程を含む複合金属酸化物粒子の製造方法。
A method for producing composite metal oxide particles used in the gas sensitive layer of a gas sensor.
By mechanochemical treatment of the first particle containing SnO 2 having an average particle diameter of 1 μm to 10 μm and the second particle containing SnO 2 having an average particle diameter of 10 nm to 300 nm, the surface of the first particle is formed. A method for producing composite metal oxide particles, which comprises a composite step of fixing the second particles to obtain composite composite metal oxide particles.
前記第1粒子と前記第2粒子とが、9.8:0.2〜7.0:3.0の範囲内で含まれる請求項1に記載の複合金属酸化物粒子の製造方法。 The method for producing a composite metal oxide particle according to claim 1, wherein the first particle and the second particle are contained in the range of 9.8: 0.2 to 7.0: 3.0. 前記第1粒子及び前記第2粒子の何れか一方又は両方は、Sb、PO、Nb、Sb、P及びNbからなる群から選択される一種以上の成分を含む請求項1又は2に記載の複合金属酸化物粒子の製造方法。 Claim that one or both of the first particle and the second particle contains one or more components selected from the group consisting of Sb 2 O 3 , PO 5 , Nb 2 O 5, Sb, P and Nb. The method for producing composite metal oxide particles according to 1 or 2. 前記第1粒子及び前記第2粒子の何れか一方又は両方は、Pt及びPdからなる群から選択される一種以上の成分を含む請求項1〜3の何れか一項に記載の複合金属酸化物粒子の製造方法。 The composite metal oxide according to any one of claims 1 to 3, wherein either one or both of the first particle and the second particle contains one or more components selected from the group consisting of Pt and Pd. How to make particles. 請求項1〜4の何れか一項に記載の複合金属酸化物粒子の製造方法を用いて生成された複合金属酸化物粒子を溶媒に分散させて、液状又はペースト状のインクを作製するインク作製工程と、
前記インクを焼成して、ガス感応層を作製する焼成工程と、
を含むガス感応層の製造方法。
Ink production for producing a liquid or paste-like ink by dispersing the composite metal oxide particles produced by the method for producing a composite metal oxide particle according to any one of claims 1 to 4 in a solvent. Process and
A firing step of firing the ink to produce a gas-sensitive layer, and
A method for manufacturing a gas-sensitive layer including.
ガスセンサのガス感応層に用いられる複合金属酸化物粒子であって、
平均粒子径が1μm〜10μmの、SnOを含む第1粒子と、平均粒子径が10nm〜300nmの、SnOを含む第2粒子とをメカノケミカル処理することで、前記第1粒子の表面に前記第2粒子が固着されて複合化した複合金属酸化物粒子。
Composite metal oxide particles used in the gas sensitive layer of gas sensors.
The surface of the first particles is subjected to mechanochemical treatment of the first particles containing SnO 2 having an average particle size of 1 μm to 10 μm and the second particles containing SnO 2 having an average particle size of 10 nm to 300 nm. Composite metal oxide particles in which the second particles are fixed and composited.
前記第1粒子と前記第2粒子とが、9.8:0.2〜7.0:3.0の範囲内で含まれる請求項6に記載の複合金属酸化物粒子。 The composite metal oxide particle according to claim 6, wherein the first particle and the second particle are contained in the range of 9.8: 0.2 to 7.0: 3.0. 請求項6又は7に記載の複合金属酸化物粒子を用いて形成したガス感応層。 A gas-sensitive layer formed by using the composite metal oxide particles according to claim 6 or 7. 検出ガスを検出するガスセンサであって、
前記検出ガスを検知するガス感応層と、
前記ガス感応層に接続された電極と、を有し、
前記ガス感応層が、請求項8に記載のガス感応層を用いるガスセンサ。
A gas sensor that detects the detected gas,
A gas-sensitive layer that detects the detected gas,
With an electrode connected to the gas sensitive layer,
A gas sensor in which the gas sensitive layer uses the gas sensitive layer according to claim 8.
JP2019193047A 2019-10-23 2019-10-23 Method of manufacturing composite metal oxide particle, method of manufacturing gas sensing layer, composite metal oxide particle, gas sensing layer, and gas sensor Pending JP2021067552A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019193047A JP2021067552A (en) 2019-10-23 2019-10-23 Method of manufacturing composite metal oxide particle, method of manufacturing gas sensing layer, composite metal oxide particle, gas sensing layer, and gas sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019193047A JP2021067552A (en) 2019-10-23 2019-10-23 Method of manufacturing composite metal oxide particle, method of manufacturing gas sensing layer, composite metal oxide particle, gas sensing layer, and gas sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021067552A true JP2021067552A (en) 2021-04-30

Family

ID=75638387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019193047A Pending JP2021067552A (en) 2019-10-23 2019-10-23 Method of manufacturing composite metal oxide particle, method of manufacturing gas sensing layer, composite metal oxide particle, gas sensing layer, and gas sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2021067552A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021251360A1 (en) * 2020-06-09 2021-12-16 三井金属鉱業株式会社 Undercoat layer composition, undercoat layer, and exhaust gas purification device and exhaust gas purification catalyst comprising undercoat layer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021251360A1 (en) * 2020-06-09 2021-12-16 三井金属鉱業株式会社 Undercoat layer composition, undercoat layer, and exhaust gas purification device and exhaust gas purification catalyst comprising undercoat layer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9133549B2 (en) Gas sensor using metal oxide nanoparticles, and method for manufacturing same
Park et al. Nonstoichiometric Co-rich ZnCo2O4 hollow nanospheres for high performance formaldehyde detection at ppb levels
JP5313908B2 (en) Hydrogen sensitive composite material, hydrogen gas sensor, and sensor for detecting hydrogen and other gases with improved reference resistance
JP5442844B2 (en) Thin film type highly active gas sensor using core-shell structured composite nanoparticles as sensor material and method for producing the same
WO2014171634A1 (en) Methylbenzene gas sensor using chrome-doped nickel oxide nanostructures and method for producing same
US20070212263A1 (en) Micro Thermoelectric Type Gas Sensor
JP5048221B2 (en) Gas sensor chip and manufacturing method thereof
WO2020031909A1 (en) Mems type semiconductor gas detection element
JP2021067552A (en) Method of manufacturing composite metal oxide particle, method of manufacturing gas sensing layer, composite metal oxide particle, gas sensing layer, and gas sensor
JP5240767B2 (en) Thin film gas sensor and manufacturing method thereof
JP7158680B2 (en) gas sensor
JP4376093B2 (en) Thin film gas sensor
JP2006162365A (en) Hydrogen gas detection sensor
JP2006258422A (en) Thin film gas sensor
JP3075070B2 (en) Carbon monoxide gas sensor
US20110210013A1 (en) Selective gas sensor device and associated method
JP2010071700A (en) Gas detecting element, and gas detecting sensor having the same
JP5176019B2 (en) Total-VOC detection gas sensor and manufacturing method thereof
JP2002221506A (en) Thin film gas sensor
JP4859129B2 (en) BiMeVOx-based VOCs sensor
JP2011075421A (en) Gas sensing element and gas sensor
JP6958384B2 (en) Gas sensor element
JP6758061B2 (en) Flammable gas sensor
JP2011095153A (en) Method for manufacturing gas sensing body, the gas sensing body and gas sensor
WO2024100996A1 (en) Metal oxide semiconductor gas sensor