JP3428155B2 - ガスセンサー - Google Patents
ガスセンサーInfo
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- JP3428155B2 JP3428155B2 JP16509794A JP16509794A JP3428155B2 JP 3428155 B2 JP3428155 B2 JP 3428155B2 JP 16509794 A JP16509794 A JP 16509794A JP 16509794 A JP16509794 A JP 16509794A JP 3428155 B2 JP3428155 B2 JP 3428155B2
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- Japan
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- gas
- gas sensor
- sintered body
- lithium titanate
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は焼結体を用いたガスセン
サーに関する。
サーに関する。
【０００２】
【従来の技術】技術の進歩に伴い、各種の製造工程にお
ける品質管理の点からも、より敏感なガスセンサーが求
められてきている。特に雰囲気中のガス濃度の微妙な制
御が不可欠とされる化合物の合成や、ＩＣ、ＬＳＩの各
種半導体チップの製造工程などにおいては、わずかなガ
ス濃度の標準からのずれも歩留りの低下につながってし
まう。従って、より高精度で高感度なガスセンサーのこ
れら製造工程への適用が強く求められている。
ける品質管理の点からも、より敏感なガスセンサーが求
められてきている。特に雰囲気中のガス濃度の微妙な制
御が不可欠とされる化合物の合成や、ＩＣ、ＬＳＩの各
種半導体チップの製造工程などにおいては、わずかなガ
ス濃度の標準からのずれも歩留りの低下につながってし
まう。従って、より高精度で高感度なガスセンサーのこ
れら製造工程への適用が強く求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガスセンサーにおいては、一般に要求に見合う優れた特
性が得られていない。特に、水素ガスなどの還元性ガス
雰囲気や、還元性ガスが極めて薄い濃度で混在するよう
な雰囲気の場合には、既存の材料を使用したガスセンサ
ーでは、そのガス濃度測定が容易になるような好適な物
性が得られていないのが現状である。
ガスセンサーにおいては、一般に要求に見合う優れた特
性が得られていない。特に、水素ガスなどの還元性ガス
雰囲気や、還元性ガスが極めて薄い濃度で混在するよう
な雰囲気の場合には、既存の材料を使用したガスセンサ
ーでは、そのガス濃度測定が容易になるような好適な物
性が得られていないのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決せんと
鋭意研究の結果、本件発明者は斜方晶ラムスデライト
（ramsdellite)構造を有するチタン酸リチウム焼結体が
ガスセンサーに効果的な物性を有することを見いだし、
ここにこれを用いた新規なガスセンサーとして提案する
ものである。
鋭意研究の結果、本件発明者は斜方晶ラムスデライト
（ramsdellite)構造を有するチタン酸リチウム焼結体が
ガスセンサーに効果的な物性を有することを見いだし、
ここにこれを用いた新規なガスセンサーとして提案する
ものである。
【０００５】斜方晶ラムスデライト構造を有するチタン
酸リチウム焼結体は、酸化リチウムと酸化チタンを所要
の混合比で混合して生成されるものであり、特に、ラム
ズデライト構造を有した１次元イオン導電体として知ら
れるＬｉ2Ｏ−ＴｉＯ2系化合物が選択される。このよう
なＬｉ2Ｏ−ＴｉＯ2系化合物としては、後述するように
そのガス濃度依存性が示されたＬｉ2Ｔｉ3Ｏ7が挙げら
れ、さらにＬｉ2ＴｉＯ 3、ＬｉＴｉ2Ｏ4、Ｌｉ4Ｔｉ
Ｏ4、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12 なども挙げられる。
酸リチウム焼結体は、酸化リチウムと酸化チタンを所要
の混合比で混合して生成されるものであり、特に、ラム
ズデライト構造を有した１次元イオン導電体として知ら
れるＬｉ2Ｏ−ＴｉＯ2系化合物が選択される。このよう
なＬｉ2Ｏ−ＴｉＯ2系化合物としては、後述するように
そのガス濃度依存性が示されたＬｉ2Ｔｉ3Ｏ7が挙げら
れ、さらにＬｉ2ＴｉＯ 3、ＬｉＴｉ2Ｏ4、Ｌｉ4Ｔｉ
Ｏ4、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12 なども挙げられる。
【０００６】斜方晶ラムスデライト構造を得るために
は、酸化リチウムと酸化チタンを乾式混合した後、加熱
して完全に溶融させた後、急冷することが必要となる。
例えば、前記Ｌｉ2Ｔｉ3Ｏ7の生成法の一例としては、
Ｌｉ2ＣＯ3とＴｉＯ2を所要の混合比で混ぜ、これに所
要の不純物を添加することも可能であるが、十分に混合
した後乾燥し、この混合物を押し固めて、摂氏１３５０
度で１時間加熱溶融し、次いで大気急冷することで生成
可能である。
は、酸化リチウムと酸化チタンを乾式混合した後、加熱
して完全に溶融させた後、急冷することが必要となる。
例えば、前記Ｌｉ2Ｔｉ3Ｏ7の生成法の一例としては、
Ｌｉ2ＣＯ3とＴｉＯ2を所要の混合比で混ぜ、これに所
要の不純物を添加することも可能であるが、十分に混合
した後乾燥し、この混合物を押し固めて、摂氏１３５０
度で１時間加熱溶融し、次いで大気急冷することで生成
可能である。
【０００７】この生成された斜方晶ラムスデライト構造
のチタン酸リチウムは、例えば摂氏約１１００度、５時
間程度で焼成した後、大気中或いは氷水中にて急冷させ
て焼結体とされる。Ｌｉ2Ｏ−ＴｉＯ2系化合物を斜方晶
ラムスデライト構造の単独構造として収率高く得るため
には、７３．０〜７６．０モル％ＴｉＯ2にすれば良
い。
のチタン酸リチウムは、例えば摂氏約１１００度、５時
間程度で焼成した後、大気中或いは氷水中にて急冷させ
て焼結体とされる。Ｌｉ2Ｏ−ＴｉＯ2系化合物を斜方晶
ラムスデライト構造の単独構造として収率高く得るため
には、７３．０〜７６．０モル％ＴｉＯ2にすれば良
い。
【０００８】この焼結体に対して、抵抗値を取り出すた
めの一対の電極が設けられる。この電極の材料として
は、例えば白金電極が用いられるが、もちろん、この材
料に限定されるものではない。
めの一対の電極が設けられる。この電極の材料として
は、例えば白金電極が用いられるが、もちろん、この材
料に限定されるものではない。
【０００９】本発明のガスセンサーは、水素等の還元性
ガスの濃度検出に好適である。被検出ガスを還元性ガス
とした場合では、非還元性ガスにさらすことで、当該ガ
スセンサーの抵抗値をその初期値に短時間で戻すことが
可能である。
ガスの濃度検出に好適である。被検出ガスを還元性ガス
とした場合では、非還元性ガスにさらすことで、当該ガ
スセンサーの抵抗値をその初期値に短時間で戻すことが
可能である。
【００１０】
【作用】この斜方晶ラムスデライト構造を有するチタン
酸リチウム焼結体は、ガス濃度に対してその抵抗値が依
存して変化する。この抵抗値のガス濃度依存性は、例え
ば後述するような実験結果より、水素ガス濃度が１パー
セント以下の範囲で、対数表示で１〜２程度変化するよ
うな理想的関係を示す。すなわち、その抵抗値が１０倍
乃至１００倍の範囲で変化し、雰囲気ガスの濃度が低濃
度な範囲で十分に高感度なガスセンサーとして機能する
ことが分かる。
酸リチウム焼結体は、ガス濃度に対してその抵抗値が依
存して変化する。この抵抗値のガス濃度依存性は、例え
ば後述するような実験結果より、水素ガス濃度が１パー
セント以下の範囲で、対数表示で１〜２程度変化するよ
うな理想的関係を示す。すなわち、その抵抗値が１０倍
乃至１００倍の範囲で変化し、雰囲気ガスの濃度が低濃
度な範囲で十分に高感度なガスセンサーとして機能する
ことが分かる。
【００１１】
【実施例】次に添付図面を参照して本発明のガスセンサ
ーの実施例を詳細に説明する。
ーの実施例を詳細に説明する。
【００１２】図１に本実施例のガスセンサーの構成図を
示す。ガスセンサー１は、チタン酸リチウム焼結体２と
一対の電極３ａ，３ｂとからなり、平たい円筒形状のチ
タン酸リチウム焼結体２の上面に白金の電極３ａ，３ｂ
が一定の間隔を開けて取り付けられている。
示す。ガスセンサー１は、チタン酸リチウム焼結体２と
一対の電極３ａ，３ｂとからなり、平たい円筒形状のチ
タン酸リチウム焼結体２の上面に白金の電極３ａ，３ｂ
が一定の間隔を開けて取り付けられている。
【００１３】ここでチタン酸リチウム焼結体２は、斜方
晶ラムスデライト構造を有する焼結体で、Ｌｉ2Ｏ−Ｔ
ｉＯ2系の組成比が７３．０〜７６．０モル％ＴｉＯ2
となるように調整されたものである。
晶ラムスデライト構造を有する焼結体で、Ｌｉ2Ｏ−Ｔ
ｉＯ2系の組成比が７３．０〜７６．０モル％ＴｉＯ2
となるように調整されたものである。
【００１４】このようなチタン酸リチウム焼結体２の生
成法の具体的な一例としては、まず、Ｌｉ2ＣＯ3（キシ
ダ化学製、特級試薬）とＴｉＯ2（キシダ化学製、特級
試薬；ルチル８９％、アナターゼ１１％）を出発材料と
して、ラムスデライト相の単独生成が可能なように、Ｌ
ｉ2Ｏ／ＴｉＯ2＝１／２．８モル比（化学分析による成
分組成で７４．８モル％ＴｉＯ2）となるように計量す
る。これらの材料を十分な乾式混合或いはボールミルを
用いた湿式混合を行い、押し固めた該混合物を摂氏１３
５０度で１時間加熱する。この加熱によって完全に該混
合物を溶融させた後、電気炉から取り出して、大気中に
て室温まで急冷する。この時点で、ラムスデライト相の
塊が形成されるが、この塊を粉砕し、この粉砕された粉
を加圧しながらセンサーの形状に合わせた所要の円筒形
状に形成する。次いで、電気炉内で例えば摂氏１１００
度程度の所定温度に加熱され、再び大気中で急冷されて
焼結体とされる。
成法の具体的な一例としては、まず、Ｌｉ2ＣＯ3（キシ
ダ化学製、特級試薬）とＴｉＯ2（キシダ化学製、特級
試薬；ルチル８９％、アナターゼ１１％）を出発材料と
して、ラムスデライト相の単独生成が可能なように、Ｌ
ｉ2Ｏ／ＴｉＯ2＝１／２．８モル比（化学分析による成
分組成で７４．８モル％ＴｉＯ2）となるように計量す
る。これらの材料を十分な乾式混合或いはボールミルを
用いた湿式混合を行い、押し固めた該混合物を摂氏１３
５０度で１時間加熱する。この加熱によって完全に該混
合物を溶融させた後、電気炉から取り出して、大気中に
て室温まで急冷する。この時点で、ラムスデライト相の
塊が形成されるが、この塊を粉砕し、この粉砕された粉
を加圧しながらセンサーの形状に合わせた所要の円筒形
状に形成する。次いで、電気炉内で例えば摂氏１１００
度程度の所定温度に加熱され、再び大気中で急冷されて
焼結体とされる。
【００１５】この焼結体に白金電極３ａ、３ｂが形成さ
れ、斜方晶ラムスデライト構造を有する焼結体２の抵抗
値のガス濃度依存性を利用してガスセンサー１が作製さ
れる。
れ、斜方晶ラムスデライト構造を有する焼結体２の抵抗
値のガス濃度依存性を利用してガスセンサー１が作製さ
れる。
【００１６】次に、このようなガスセンサー１の機能の
評価のために本件発明者が行った実験について説明す
る。
評価のために本件発明者が行った実験について説明す
る。
【００１７】水素ガス濃度を制御できる容器内にガスセ
ンサー１を装着し、所要の周波数のＬＣＲメ−タ−に該
ガスセンサー１の電極３ａ、３ｂを接続し、該ＬＣＲメ
−タ−を利用して水素ガス濃度雰囲気における抵抗値の
測定を行った。特にガスセンサー１を構成するチタン酸
リチウム焼結体は７３．５モル％ＴｉＯ2 である。
ンサー１を装着し、所要の周波数のＬＣＲメ−タ−に該
ガスセンサー１の電極３ａ、３ｂを接続し、該ＬＣＲメ
−タ−を利用して水素ガス濃度雰囲気における抵抗値の
測定を行った。特にガスセンサー１を構成するチタン酸
リチウム焼結体は７３．５モル％ＴｉＯ2 である。
【００１８】図２はその実験の結果を示すグラフであ
る。図２に示すように、抵抗値（対数）はガス濃度が１
％以下の範囲でガス濃度に対して対数目盛で１〜２程度
の変化を示し、これに対して１％より大きい範囲では、
ガス濃度に対する変化は殆どみられない。この結果は、
大きな抵抗値の変化が見られるガス濃度が１％以下の範
囲で、斜方晶ラムスデライト構造の焼結体が水素ガス等
の還元性ガスに極めて高感度に反応しているものと考え
られる。
る。図２に示すように、抵抗値（対数）はガス濃度が１
％以下の範囲でガス濃度に対して対数目盛で１〜２程度
の変化を示し、これに対して１％より大きい範囲では、
ガス濃度に対する変化は殆どみられない。この結果は、
大きな抵抗値の変化が見られるガス濃度が１％以下の範
囲で、斜方晶ラムスデライト構造の焼結体が水素ガス等
の還元性ガスに極めて高感度に反応しているものと考え
られる。
【００１９】さらに測定終了後において、本実施例のガ
スセンサー１を非還元ガスに接触させたところ、その抵
抗値が短時間で初期値に近い値に復帰することも明らか
となった。
スセンサー１を非還元ガスに接触させたところ、その抵
抗値が短時間で初期値に近い値に復帰することも明らか
となった。
【００２０】このように、大きな抵抗値の変化が見られ
るガス濃度が１％以下の範囲で、斜方晶ラムスデライト
構造を有するチタン酸リチウム焼結体からなるガスセン
サーが十分高感度に機能し得ることが確認された。
るガス濃度が１％以下の範囲で、斜方晶ラムスデライト
構造を有するチタン酸リチウム焼結体からなるガスセン
サーが十分高感度に機能し得ることが確認された。
【００２１】
【発明の効果】このように本発明のガスセンサーによれ
ば、斜方晶ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウ
ム焼結体のガス濃度依存性を利用して好適なガス濃度計
測が可能となる。
ば、斜方晶ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウ
ム焼結体のガス濃度依存性を利用して好適なガス濃度計
測が可能となる。
【図１】本発明によるガスセンサーの一実施例を示す斜
視図である。
視図である。
【図２】本発明によるガスセンサーにかかる実験結果を
示すグラフである。
示すグラフである。
１…ガスセンサー
２…焼結体
３ａ，３ｂ…電極
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−201733（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−9825（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−12057（ＪＰ，Ａ)
特開 昭50−125729（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−90903（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−43401（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/12
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (6)
- 【請求項１】 斜方晶ラムスデライト構造を有するチタ
ン酸リチウム焼結体を電極間に配してなり、その電極間
の抵抗値により当該チタン酸リチウム焼結体周りのガス
濃度の値を示すことを特徴とするガスセンサー。 - 【請求項２】 前記チタン酸リチウム焼結体はＬｉ2Ｔ
ｉ3Ｏ7 であることを特徴とする請求項１記載のガスセ
ンサー。 - 【請求項３】 前記チタン酸リチウム焼結体は酸化リチ
ウムに対する酸化チタンの組成比が７３．０モルパーセ
ント以上７６．０モルパーセント以下の範囲にあるもの
であることを特徴とする請求項１記載のガスセンサー。 - 【請求項４】 そのガス濃度が検出される被検出ガスは
還元性ガスであることを特徴とする請求項１記載のガス
センサー。 - 【請求項５】 前記還元性ガスは水素ガスであることを
特徴とする請求項４記載のガスセンサー。 - 【請求項６】 前記還元性ガスのガス濃度を検出した
後、非還元性雰囲気中に置くことで前記抵抗値が初期値
に戻ることを特徴する請求項４記載のガスセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16509794A JP3428155B2 (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | ガスセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16509794A JP3428155B2 (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | ガスセンサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0829369A JPH0829369A (ja) | 1996-02-02 |
| JP3428155B2 true JP3428155B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=15805838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16509794A Expired - Lifetime JP3428155B2 (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | ガスセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3428155B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101262941B (zh) * | 2005-09-16 | 2012-06-13 | 学校法人中央大学 | 二氧化碳吸收材料、二氧化碳吸收材料的制造方法、二氧化碳吸收方法和二氧化碳吸收装置 |
-
1994
- 1994-07-18 JP JP16509794A patent/JP3428155B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0829369A (ja) | 1996-02-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030408 |
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