JPH0230661B2 - GASUKENCHISOSHI - Google Patents

GASUKENCHISOSHI

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JPH0230661B2
JPH0230661B2 JP8702483A JP8702483A JPH0230661B2 JP H0230661 B2 JPH0230661 B2 JP H0230661B2 JP 8702483 A JP8702483 A JP 8702483A JP 8702483 A JP8702483 A JP 8702483A JP H0230661 B2 JPH0230661 B2 JP H0230661B2
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gas
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sensitivity
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Masayuki Sakai
Yoshihiko Nakatani
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

産業上の利用分野 本発明は可燃性ガスの検知に使用する複合金属
酸化物半導体を用いたガス検知素子に関するもの
である。 従来例の構成とその問題点 近年、可燃性ガスの検知素子材料について種々
の研究開発が活発化してきている。これは、一般
家庭を中心に各種工場などで可燃性ガスによる爆
発事故や中毒事故が多発し、大きな社会問題とな
つていることに強く起因している。特にこれらの
中でも、プロパンガス、あるいは都市ガスを検知
するものについては、感度、信頼性のいずれにお
いてもかなり高いレベルのものが開発され実用化
されるに至つている。これらは、例えば各種のガ
ス漏れ警報器などに広く応用されている。 一方、いまひとつのガス防災の社会ニーズとし
て、COの検知が話題になつてきている。これは
種々のガス機器の普及と住宅構造の気密化が大き
な背景となつている。すなわち、ガス器具の不完
全燃焼あるいは火災の初期に新建材などから発生
するCOによる中毒の問題である。特に後者にお
いては、火災による死因の大部分がこれに属する
ため、極めて重要な社会問題となつている。とこ
ろが現在の時点においては、COを的確に検知出
来る安価で簡便なガスセンサがないのが実状であ
り、前述の社会ニーズに十分応えていない状況に
ある。 その理由は、一般的な可燃性ガスを対象とした
センサの場合には検知されるべき可燃性ガスの濃
度が爆発下限界の数分の1以上という程度である
のに対して、CO用センサの場合には極めて微量
のCOを検知せねばならないことによる。すなわ
ち、他の可燃性ガス用センサの場合にはガス爆発
を防ぐのが目的であるのに対して、CO用センサ
の場合には、CO中毒の予防が主目的であり、そ
の量は爆発下限界に比べると極めて徴量な値の検
知を対象としなければならないことによる。その
ために、COセンサは他の種々のガスが存在して
もそれらのガスに対しては感応しにくく、一方
COに対しては極めて微少量の存在に対しても感
応せねばならないことになる。すなわち、COセ
ンサはCOに対する選択性が求められ、かつ高い
信頼性を持つことが要求される。 低価格で高い信頼性をもつ可燃性ガスセンサに
おいては高温に保持された酸化物半導体がしばし
ば用いられ、その抵抗値変化を検知する様にして
いる。この酸化物半導体にはCOに高感度で、あ
るいは選択的に感応する物質も幾種類か見出され
ているが、残念ながら信頼性の面で未だ十分なセ
ンサが得られていないのが現状である。 発明の目的 本発明はこのような状況に鑑みてなされたもの
で、COに高感度でかつ信頼性の高いガス検知素
子を実現するものである。 ところで、酸化第二鉄(Fe2O3)には代表的な
結晶相として、α−Fe2O3とγ−Fe2O3のあるこ
とはよく知られている。 α−Fe2O3はγ−Fe2O3を高温(例えば、500℃
以上)で熱処理することによつて得られる。この
転移温度はγ−Fe2O3の調製条件や微細構造、あ
るいは材料組成(不純物など)などによつて異な
る。したがつて、α−Fe2O3はγ−Fe2O3に比べ
て、熱的にははるかに安定な材料であるといえ
る。 ただ、α−Fe2O3、γ−Fe2O3は共に同じ酸化
第二鉄であるにもかかわらず、お互いに結晶構造
も異なり、また物理、化学的特性、さらにはガス
感応特性(ある程度の高温下で還元性ガスに触れ
ると、その感応体材料の電気抵抗値が大きく低下
する特性)にも非常に大きな差異がある。 具体的に言えば、γ−Fe2O3はそれ自身が非常
に大きなガス感応特性を有しているが、α−
Fe2O3はそれ自身ではガスにはほとんど感応しな
いということである。γ−Fe2O3はその大きなガ
ス感応特性を利用して、すでにガスセンサの感応
体材料として広く実用に供せられている。 ただ、γ−Fe2O3を用いた場合の難点は、 上述したように、転移温度以上の高温下で、
本来ガスに感応しないα−Fe2O3に転移してし
まうことである。したがつて、実際にはα−
Fe2O3への転移温度をいかにして高めるか、ま
たその転移のための活性化エネルギーをいかに
向上させるか、などの工夫がなされている。 γ−Fe2O3は、一般の可燃性ガスに対しては
非常に大きなガス感度を有しているものの、
COに対しては極めて小さい感度しか有してい
ない、 ことである。 一方、α−Fe2O3はそれ自身では一般の可燃性
ガス、あるいはCOに対してもほとんど感応特性
を示さない。しかしながら、Ti、ZrあるいはSn
のうち少なくとも一つと、さらにCdあるいはAu
を少なくとも一つ含有させることにより、COに
対して非常に大きな感度を有するようになること
が見い出された。本発明は、これらの新たに見い
出された事実に基づいてなされたものである。 なお、γ−Fe2O3を用いた場合には、これらの
添加物を用いてもCOに対する感度は増大されず、
添加効果は見い出されなかつた。 前述したように、α−Fe2O3は熱的には非常に
安定な材料であるため、常時感応体を加熱して用
いるガス検知素子用の感応体材料としては非常に
有利であることは言うまでもない。 発明の構成 本発明のガス検知素子は、Ti、Zr、およびSn
のうち少なくともひとつが、それぞれTiO2
ZrO2、SnO2に換算して総量で0.1〜50モル%含む
α−Fe2O3に、CdとAuに換算して1.0〜20、0.1〜
10重量%添加したものをガス感応体として用いた
ものであり、これはガス感応体の母材料である
Ti、ZrあるいはSnを含むα−Fe2O3にCdおよび
Auを添加することにより、ガス感応特性とその
信頼性が飛躍的に向上し、しかも先述の微少量の
COに対しても実用上十分大きな感度を実現し得
ることを見出したことによつてなされたものであ
る。 実施例の説明 以下に本発明の実施例を説明する。 まず実施例1においては、母体材料中に添加物
即ち、Ti、Zr、Snの一種が添加されている場合
のCdOとAuの添加効果について述べる。 実施例 1 市販の塩化第2鉄(FeCl3・6H2O)30gと硫
酸第1鉄(FeSO4・7H2O)60gを1の水に溶
かし、50℃に保ちながら撹拌した。 これにそれぞれ市販の硫酸第2チタン溶液
(Ti(SO42)、オキシ塩化ジルコニウム
(ZrOCl2・8H2O)および塩化第2錫(SnCl4
5H2O)を、第1表〜第3表(母材料中添加物)
に示すような組成になるように加えた。溶液の温
度を50℃に保ちつつ、この溶液に8規定の水酸化
アンモニウム(NH4OH)溶液を60c.c./分の割合
で溶液の水素イオン濃度が7になるまで滴下し
た。滴下終了後、ただちにこの共沈物を吸引ろ過
した。このようにして得られた粉体を空気中で
110℃で乾燥した。この乾燥物を空気中において
400℃で1時間の熱処理を行なつた。 この熱処理粉体に、第1表〜第3表(添加物)
に示すような組成になるように市販の酸化カドミ
ウム(CdO)と塩化金酸(HAuCl4・4H2O)を
水に溶かしてこの濃度が100mg/mlになるように
調整した溶液を、単独あるいは複数の組み合わせ
で添加した。そしてそれぞれの粉体をらいかい機
で3時間乾式混合した。 この粉体に2本の白金線を埋め込んで、直径2
mm、高さ3mmの円柱状に加圧成型し、空気中にお
いて500℃で1時間の焼成を行なつた。得られた
多孔質の焼結体を検知素子用ヘツダーにとりつ
け、焼結体のまわりにコイル状のヒータを配置
し、防爆用のステンレス鋼網をかぶせて検知素子
を得た。 第1図はガス検知素子の構造を示したものであ
る。図において、1は焼結体で、2本の白金線か
らなる電極3,4が埋め込まれている。2は焼結
体1を加熱するためのヒータで、ヒータ用ピン1
1,12からヒータ用フレーム7,8を通じてヒ
ータに電力が供給される。焼結体1の抵抗は電極
3,4からフレーム5,6を通じてピン9,10
の間で測定されるよう構成されている。ヒータ用
ピン11,12およびピン9,10はヘツダー1
3に固定され、ステンレス鋼製金網14はヘツダ
ーにとりつけられている。 以上のようにして得られた検知素子について、
ガス感応特性、通常使用温度(350℃)での課電
寿命を調べた。 ガス感応特性の測定方法は、あらかじめ検知素
子のヒータ部に電流を流し、感応体の温度が350
℃になるように調整しておき、それを容積の知ら
れている測定箱内に挿入した後、注射器でテスト
用ガス(COガス(CO5.0%とN295.0%との混合
ガス)、およびH2ガス(99%以上))を測定箱内
に注入し、COあるいはH2濃度が0.01容量%
(100ppm)に達した時に焼結感応体の抵抗値を測
定した。測定するガス濃度を100ppmに選んだの
は、COの労働衛生上の許容濃度が100ppmである
ため、少なくともこの濃度以下で感応する必要が
あるからである。 ガス感応特性は、(i)ガス感度(空気中の抵抗値
(Ra)/ガス中の抵抗値(Rg)、(ii)抵抗経時変化
率△R(感応体を350℃の温度で2000時間保持した
場合の抵抗値の初期値に対する変化率)で評価し
た。第1表〜第3表には、添加物(CdOあるいは
Au)を加えた場合のガス感度(Ra/Rg)と、
抵抗経時変化率(△R)を示す。なお△Rは表中
の( )内に記載した。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD The present invention relates to a gas detection element using a composite metal oxide semiconductor used to detect combustible gas. Conventional configuration and its problems In recent years, various research and development activities have become active regarding materials for sensing elements for flammable gases. This is strongly attributable to the fact that explosions and poisoning accidents caused by flammable gas occur frequently, mainly in households and in various factories, and have become a major social problem. Among these, in particular, those that detect propane gas or city gas have been developed and put into practical use with considerably high levels of sensitivity and reliability. These are widely applied, for example, to various gas leak alarms. On the other hand, CO detection is becoming a hot topic as another societal need for gas disaster prevention. This is largely due to the spread of various gas appliances and the airtightness of housing structures. In other words, the problem is poisoning due to incomplete combustion of gas appliances or CO generated from new building materials in the early stages of a fire. In particular, the latter is an extremely important social problem because it accounts for the majority of deaths caused by fire. However, at present, there is no inexpensive and simple gas sensor that can accurately detect CO, and the situation is such that the above-mentioned social needs are not fully met. The reason for this is that in the case of a sensor for general combustible gases, the concentration of combustible gas to be detected is at least a fraction of the lower explosive limit; In this case, extremely small amounts of CO must be detected. In other words, while the purpose of sensors for other combustible gases is to prevent gas explosions, the main purpose of sensors for CO is to prevent CO poisoning; This is because the detection target must be a value that is extremely significant compared to the limit. For this reason, CO sensors are not sensitive to various other gases even if they are present;
This means that we must be sensitive to the presence of extremely small amounts of CO. In other words, the CO sensor is required to have selectivity to CO and high reliability. In low-cost, highly reliable combustible gas sensors, oxide semiconductors that are kept at high temperatures are often used to detect changes in their resistance. Several types of oxide semiconductors have been found that are highly sensitive or selectively sensitive to CO, but unfortunately, sensors with sufficient reliability have not yet been obtained. be. Purpose of the Invention The present invention was made in view of the above situation, and is intended to realize a gas detection element that is highly sensitive to CO and highly reliable. By the way, it is well known that ferric oxide (Fe 2 O 3 ) has α-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 as typical crystal phases. α-Fe 2 O 3 is γ-Fe 2 O 3 at high temperature (e.g. 500℃
above). This transition temperature varies depending on the preparation conditions and fine structure of γ-Fe 2 O 3 or material composition (impurities, etc.). Therefore, it can be said that α-Fe 2 O 3 is a much more thermally stable material than γ-Fe 2 O 3 . However, although both α-Fe 2 O 3 and γ-Fe 2 O 3 are the same ferric oxide, they have different crystal structures, and have different physical and chemical properties, as well as gas sensitivity characteristics (to some extent). There is also a very large difference in the property that the electrical resistance value of the susceptor material decreases significantly when it comes into contact with a reducing gas at high temperatures. Specifically, γ-Fe 2 O 3 itself has very large gas-sensitive properties, but α-
Fe 2 O 3 itself is hardly sensitive to gas. γ-Fe 2 O 3 has already been put into practical use as a sensitive material for gas sensors, taking advantage of its large gas-sensitivity properties. However, the problem with using γ-Fe 2 O 3 is that, as mentioned above, at high temperatures above the transition temperature,
This results in the transition to α-Fe 2 O 3 , which is not originally sensitive to gas. Therefore, in reality α−
Efforts are being made to find ways to increase the transition temperature to Fe 2 O 3 and how to improve the activation energy for that transition. Although γ-Fe 2 O 3 has a very high gas sensitivity to general flammable gases,
This means that it has extremely low sensitivity to CO. On the other hand, α-Fe 2 O 3 by itself shows almost no sensitivity characteristics to general flammable gases or even CO. However, Ti, Zr or Sn
at least one of the following, and also Cd or Au
It has been found that by containing at least one of the following, it becomes extremely sensitive to CO. The present invention has been made based on these newly discovered facts. Note that when γ-Fe 2 O 3 is used, the sensitivity to CO is not increased even if these additives are used;
No effect of addition was found. As mentioned above, α-Fe 2 O 3 is a thermally very stable material, so it is very advantageous as a sensitive material for gas sensing elements that use constant heating of the sensitive body. Needless to say. Structure of the Invention The gas detection element of the present invention includes Ti, Zr, and Sn.
At least one of them is TiO 2 ,
α-Fe 2 O 3 containing 0.1 to 50 mol% in total in terms of ZrO 2 and SnO 2 , 1.0 to 20 in terms of Cd and Au, 0.1 to
The material added with 10% by weight was used as the gas sensitive material, and this is the base material of the gas sensitive material.
Cd and α-Fe 2 O 3 containing Ti, Zr or Sn
By adding Au, the gas sensitivity characteristics and its reliability are dramatically improved.
This was achieved by discovering that it was possible to achieve a sensitivity that was sufficiently high for practical use even to CO. Description of Examples Examples of the present invention will be described below. First, in Example 1, the effect of adding CdO and Au will be described when an additive, ie, one of Ti, Zr, and Sn, is added to the base material. Example 1 30 g of commercially available ferric chloride (FeCl 3 .6H 2 O) and 60 g of ferrous sulfate (FeSO 4 .7H 2 O) were dissolved in 1 part of water and stirred while maintaining the temperature at 50°C. To this, commercially available titanium sulfate solution (Ti(SO 4 ) 2 ), zirconium oxychloride (ZrOCl 2 .8H 2 O) and tin chloride (SnCl 4 .
5H 2 O) in Tables 1 to 3 (Additives in base material)
It was added so that the composition was as shown in the figure. While maintaining the temperature of the solution at 50° C., an 8N ammonium hydroxide (NH 4 OH) solution was added dropwise to the solution at a rate of 60 c.c./min until the hydrogen ion concentration of the solution reached 7. Immediately after the dropwise addition was completed, the coprecipitate was suction-filtered. The powder obtained in this way is
Dry at 110°C. Leave this dry material in the air
Heat treatment was performed at 400°C for 1 hour. Tables 1 to 3 (Additives)
A solution prepared by dissolving commercially available cadmium oxide (CdO) and chloroauric acid (HAuCl 4 4H 2 O) in water and adjusting the concentration to 100 mg/ml as shown in Figure 3. Added in multiple combinations. The respective powders were then dry mixed for 3 hours using a mixer. Two platinum wires are embedded in this powder, and the diameter is 2
It was press-molded into a columnar shape with a height of 3 mm and a height of 3 mm, and was fired at 500° C. for 1 hour in air. The obtained porous sintered body was attached to a sensing element header, a coil-shaped heater was placed around the sintered body, and an explosion-proof stainless steel net was covered to obtain a sensing element. FIG. 1 shows the structure of a gas detection element. In the figure, 1 is a sintered body in which electrodes 3 and 4 made of two platinum wires are embedded. 2 is a heater for heating the sintered compact 1, and the heater pin 1
Electric power is supplied to the heater from heater frames 7 and 8 from heater frames 7 and 8. The resistance of the sintered body 1 is measured from the electrodes 3 and 4 through the frames 5 and 6 to the pins 9 and 10.
It is configured to be measured between Heater pins 11 and 12 and pins 9 and 10 are header 1
3, and a stainless steel wire mesh 14 is attached to the header. Regarding the sensing element obtained as above,
We investigated the gas sensitivity characteristics and the lifespan of the battery under normal use (350°C). To measure the gas sensitivity characteristics, a current is passed through the heater part of the sensing element in advance, and the temperature of the sensing element is set to 350°C.
℃, insert it into a measuring box with a known volume, and use a syringe to inject test gas (CO gas (mixture of CO 5.0% and N 2 95.0%), and H2 gas (99% or more)) into the measurement box, and the CO or H2 concentration is 0.01% by volume.
(100 ppm), the resistance value of the sintered sensitive body was measured. The gas concentration to be measured was chosen to be 100 ppm because the permissible concentration of CO for industrial hygiene is 100 ppm, so it is necessary to be sensitive to at least this concentration or lower. The gas sensitivity characteristics are: (i) gas sensitivity (resistance value in air (Ra)/resistance value in gas (Rg)), (ii) resistance change rate over time △R (sensor held at 350°C for 2000 hours) Tables 1 to 3 show additives (CdO or
Gas sensitivity (Ra/Rg) when adding Au) and
The rate of change in resistance over time (ΔR) is shown. Note that ΔR is written in parentheses in the table.

【表】【table】

【表】 * 比較例
[Table] * Comparative example

【表】【table】

【表】 * 比較例
[Table] * Comparative example

【表】 * 比較例
第1表〜第3表より、TiO2、ZrO2およびSnO2
をそれぞれ単独で0.1〜50モル%含むα−Fe2O3
CdOあるいはAuを単独あるいは複数で添加する
ことによりCOに対して極めて高い活性度を示し、
しかもこれが経時的に安定なため、結果的に非常
に大きなガス感度と信頼性を実現し得ることがわ
かる。 この実施例1では、感応体が焼結体の場合であ
り、母材料中の添加物が一種の場合についてCdO
とAuの添加物量について述べた。次に示す実施
例2では感応体が焼結膜の場合で、母材料中に添
加物即ち、Ti、Zr及びSnが複数で添加されてい
る場合CdOとAuの添加量効果について述べる。 実施例 2 出発原料は市販の塩化第2鉄(FeCl3・6H2O)
30gと硫酸第1鉄(FeSO4・7H2O)60gに、硫
酸第2チタン溶液(Ti(SO42)、オキシ塩化ジル
コニウム(ZrOCl2・8H2O)および塩化第2錫
(SnCl4・5H2O)の2種以上を第4表〜第5表
(母材料中添加物)に示すような組成になるよう
に添加し、実施例1と同様の方法で共沈物を得
た。これを乾燥、熱処理を行ない、これに第4表
〜第5表(添加物)に示すような組成になるよう
に市販の酸化カドミウム(CdO)と塩化金酸
(HAuCl4・4H2O)を水に溶かしてこの濃度が
100mg/mlに調整した溶液を、単独あるいは複数
の組み合わせで添加し、それぞれの粉体をらいか
い機で3時間乾式混合した。 この粉体を50〜100μに整粒し、トリエタノー
ルアミンを加えてペースト化した。これを用いて
作成して焼結膜型ガス検知素子の構造を第2図
a,bにそれぞれ表面図および裏面図として示し
た。図において、ガス検知素子の基板として縦、
横それぞれ5mm、厚み0.5mmのアルミナ基板1の
表面に0.5mmの間隔に一対の櫛形の金電極2を形
成した。裏面には抵抗体用の金電極3も同時に形
成し、この間にグレーズ抵抗体4を印刷し、焼き
つけてヒータとした。 次に、上述のペーストを基板の表面に約70μの
厚みに印刷し、室温で自然乾燥させた後、500℃
の温度になるまで徐々に加熱し、この温度で1時
間保持した。この段階でペーストが蒸発し、焼結
膜5になつた。このガス感応体の厚みは約55μで
あつた。このようにしてガス検知素子を得た。
[Table] *Comparative example From Tables 1 to 3, TiO 2 , ZrO 2 and SnO 2
to α-Fe 2 O 3 containing 0.1 to 50 mol% of each alone.
By adding CdO or Au alone or in combination, it shows extremely high activity against CO.
Furthermore, since this is stable over time, it can be seen that extremely high gas sensitivity and reliability can be achieved as a result. In this Example 1, the sensitive body is a sintered body, and the additive in the base material is one type of CdO
and the amount of Au additive. In Example 2 shown below, the effect of the amounts of CdO and Au added will be described when the sensitive body is a sintered film and a plurality of additives, namely Ti, Zr and Sn are added to the base material. Example 2 Starting material is commercially available ferric chloride (FeCl 3 6H 2 O)
30 g and 60 g of ferrous sulfate (FeSO 4 .7H 2 O), titanium sulfate solution (Ti(SO 4 ) 2 ), zirconium oxychloride (ZrOCl 2 .8H 2 O) and tin chloride (SnCl 4・Two or more types of 5H 2 O) were added so as to have the composition shown in Tables 4 to 5 (additives in the base material), and a coprecipitate was obtained in the same manner as in Example 1. . This was dried and heat treated, and then commercially available cadmium oxide (CdO) and chloroauric acid (HAuCl 4.4H 2 O) were added to it to give the composition shown in Tables 4 and 5 (additives). When dissolved in water, this concentration is
Solutions adjusted to 100 mg/ml were added singly or in combination, and the respective powders were dry mixed for 3 hours using a miller. This powder was sized to a size of 50 to 100 microns, and triethanolamine was added to form a paste. The structure of a sintered film type gas sensing element made using this is shown in FIGS. 2a and 2b as a front view and a back view, respectively. In the figure, the substrate of the gas detection element is vertical,
A pair of comb-shaped gold electrodes 2 were formed at an interval of 0.5 mm on the surface of an alumina substrate 1 with a width of 5 mm and a thickness of 0.5 mm. A gold electrode 3 for a resistor was also formed on the back surface at the same time, and during this time a glaze resistor 4 was printed and baked to form a heater. Next, the above paste was printed on the surface of the substrate to a thickness of about 70μ, and after air drying at room temperature, it was heated to 500℃.
The mixture was gradually heated until the temperature reached , and maintained at this temperature for 1 hour. At this stage, the paste evaporated and became a sintered film 5. The thickness of this gas sensitive member was approximately 55μ. A gas sensing element was thus obtained.

【表】【table】

【表】 * 比較例
[Table] * Comparative example

【表】 * 比較例
それぞれの検知素子のガス感応特性を実施例1
の場合と同様の方法で測定した。第4表〜第5表
に母材料中の添加物が複数でかつ、添加量が異な
る場合にCdOとAuを添加した時のガス感度
(Ra/Rg)と抵抗経時変化率(△R)を示した。
また第3図〜第5図には、母材料中の添加物が一
定の時、CdOとAuを単独で、あるいは複数で添
加した場合のガス感応特性の添加量依存性を示
す。 第3図はTiO2、ZrO2、SnO2がそれぞれ1.0モ
ル%含まれるα−Fe2O3にCdOの添加量を変化さ
せた場合(試料No.D−4〜D−8)、第4図はそ
れぞれ5.0モル%含まれるα−Fe2O3にAuの添加
量を変化させた場合(試料No.D−9〜D−13)、
第5図はそれぞれ15.0モル%含まれるα−Fe2O3
にCdOとAuの添加量を変化させた場合(試料No.
D−14〜D−18)のガス感応特性の添加量依存性
を示す。 第4表〜第5表から明らかなように、感応体が
焼結膜であつても、実施例1で得られたのとほぼ
同じ特性が得られている。また抵抗値の経時変化
率も実施例1と同様非常に小さい。 また第4表〜第5表及び第3図〜第5図から
CdOとAuの添加量がそれぞれ1.0、0.1重量%未満
ではその効果はなく、本発明の効果が期待できな
い。また逆にCdOとAuの添加量がそれぞれ20.0、
10.0重量%を超えるとガス感度の低下あるいは特
性の安定性の面で実用性に欠けるようになる。本
発明のガス検知素子に含まれるCdOとAu量を母
材料中に添加する量をそれぞれ1.0〜20.0、0.1〜
10.0重量%に限定したのは上述した理由に依る。 ところで、実施例1および2では母材料の出発
原料として、鉄塩では硫酸第1鉄と塩化第2鉄
を、添加物塩として硫酸塩や塩化物塩を用いた。
またCdOについては市販の酸化物を、Auについ
ては塩化金酸を用いたものについて述べたが、本
発明は最終的に感応体の組成が前述した範囲内の
ものであればよく、何ら出発原料や製造工程を限
定するものではない。 発明の効果 以上説明したように、本発明のガス検知素子
は、添加物としてTi、ZrあるいはSnを含むα−
Fe2O3に、さらにCdとAuを添加した焼結体ある
いは焼結膜を感応体として用いたものであり、こ
れによつて微量検知が難しいとされてきたCOガ
スに対して大きい感度を実現し得るものである。
これはガス器具の不完全燃焼あるいは火災の初期
に発生するCOによる中毒事故が多発する傾向に
ある昨今、これを未然に防ぐCOセンサの要求が
大きくなりつつある社会ニーズに的確に対応する
ものであり、その効果は極めて大なるものがあ
る。また、本発明のいまひとつの効果は寿命特
性、特に通電による抵抗値の経時変化の大幅な軽
減である。これは換言すれば、あらゆる検知素子
の最も重要な要素である素子の信頼性の向上に極
めて大きな寄与をもたらすものである。
[Table] * Comparative example The gas sensitivity characteristics of each sensing element are shown in Example 1.
It was measured in the same way as in the case of . Tables 4 and 5 show the gas sensitivity (Ra/Rg) and resistance change rate over time (△R) when CdO and Au are added when there are multiple additives in the base material and the amounts added are different. Indicated.
Moreover, FIGS. 3 to 5 show the dependence of the gas sensitivity characteristics on the amount of addition when CdO and Au are added singly or in combination when the additives in the base material are constant. Figure 3 shows that when the amount of CdO added to α-Fe 2 O 3 containing 1.0 mol% each of TiO 2 , ZrO 2 and SnO 2 was changed (sample Nos. D-4 to D-8), the fourth The figure shows the case where the amount of Au added to α-Fe 2 O 3 containing 5.0 mol% was changed (sample Nos. D-9 to D-13),
Figure 5 shows α-Fe 2 O 3 containing 15.0 mol% each.
When the amount of CdO and Au added was changed (Sample No.
The dependence of the gas sensitivity characteristics of D-14 to D-18) on the amount of addition is shown. As is clear from Tables 4 and 5, almost the same characteristics as those obtained in Example 1 are obtained even when the sensitive body is a sintered film. Further, the rate of change in resistance value over time is also very small, as in Example 1. Also, from Tables 4 to 5 and Figures 3 to 5
If the amounts of CdO and Au added are less than 1.0 and 0.1% by weight, respectively, there is no effect, and the effects of the present invention cannot be expected. On the other hand, the amount of CdO and Au added is 20.0 and 20.0, respectively.
If it exceeds 10.0% by weight, it becomes impractical in terms of reduced gas sensitivity or stability of properties. The amount of CdO and Au contained in the gas sensing element of the present invention added to the base material is 1.0-20.0 and 0.1-20.0, respectively.
The reason why it was limited to 10.0% by weight is based on the above-mentioned reason. By the way, in Examples 1 and 2, ferrous sulfate and ferric chloride were used as iron salts, and sulfates and chloride salts were used as additive salts as starting materials for the base materials.
Furthermore, for CdO, a commercially available oxide was used, and for Au, chloroauric acid was used, but in the present invention, the final composition of the reactor only needs to be within the above-mentioned range, and no starting materials are used. It does not limit the manufacturing process. Effects of the Invention As explained above, the gas sensing element of the present invention contains α-
A sintered body or sintered film made by adding Cd and Au to Fe 2 O 3 is used as a sensitive body, and this achieves high sensitivity for CO gas, which has been considered difficult to detect in trace amounts. It is possible.
This is an accurate response to the growing social needs of CO sensors that can prevent CO poisoning from incomplete combustion of gas appliances or from the early stages of a fire, as poisoning accidents tend to occur frequently these days. Yes, and the effects are extremely large. Another effect of the present invention is a significant reduction in the life characteristics, especially the change in resistance value over time due to energization. In other words, this makes an extremely large contribution to improving the reliability of the element, which is the most important element of any sensing element.

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

第1図は本発明にかかるガス検知素子の構造の
一例を示す図、第2図a,bは同素子の表面図お
よび裏面図、第3図〜第5図は本発明の一実施例
における添加物量と、COおよびH2に対する感度
(Ra/Rg)ならびに抵抗経時変化率(△R)と
の関係を示した特性図である。 1……焼結体、2……ヒータ、3,4……電
極、5,6……フレーム、7,8……ヒータ用フ
レーム、9,10……ピン、11,12……ヒー
タ用ピン、13……ヘツダー、14……ステンレ
ス鋼製金網。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the structure of a gas detection element according to the present invention, FIGS. 2a and 2b are front and back views of the same element, and FIGS. FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of additives, the sensitivity to CO and H 2 (Ra/Rg), and the rate of change in resistance over time (ΔR). 1... Sintered body, 2... Heater, 3, 4... Electrode, 5, 6... Frame, 7, 8... Frame for heater, 9, 10... Pin, 11, 12... Pin for heater , 13... Header, 14... Stainless steel wire mesh.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)および錫
(Sn)のうち少なくともひとつが、それぞれ
TiO2、ZrO2、SnO2に換算して総量で0.1〜50モ
ル%含むアルフア型酸化第2鉄(α−Fe2O3
に、カドミウム(Cd)と金(Au)のうち少なく
ともひとつが、それぞれCdO、Auに換算して1.0
〜20、0.1〜10重量%添加したものをガス感応体
として用いることを特徴とするガス検知素子。 2 ガス感応体が加圧成型し、焼成して得られる
焼結体、またはペーストを印刷して焼成して得ら
れる焼結膜であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載のガス検知素子。
[Claims] 1. At least one of titanium (Ti), zirconium (Zr), and tin (Sn) is
Alpha-type ferric oxide (α-Fe 2 O 3 ) containing 0.1 to 50 mol% in total in terms of TiO 2 , ZrO 2 , and SnO 2
, at least one of cadmium (Cd) and gold (Au) is 1.0 in terms of CdO and Au, respectively.
~20, a gas sensing element characterized in that it is used as a gas sensitive material to which 0.1 to 10% by weight is added. 2. The gas detection according to claim 1, wherein the gas sensitive body is a sintered body obtained by pressure molding and firing, or a sintered film obtained by printing and firing a paste. element.
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