JPH051419B2 - - Google Patents

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JPH051419B2
JPH051419B2 JP58114231A JP11423183A JPH051419B2 JP H051419 B2 JPH051419 B2 JP H051419B2 JP 58114231 A JP58114231 A JP 58114231A JP 11423183 A JP11423183 A JP 11423183A JP H051419 B2 JPH051419 B2 JP H051419B2
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JP
Japan
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gas
resistance value
catalyst layer
supported
carrier
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JP58114231A
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JPS607351A (ja
Inventor
Tadashi Sakai
Masayuki Shiratori
Osamu Takigawa
Masaki Katsura
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS607351A publication Critical patent/JPS607351A/ja
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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
    • G01N27/14Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
    • G01N27/16Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by burning or catalytic oxidation of surrounding material to be tested, e.g. of gas

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕 本発明は感ガス素子の製造方法に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 一般に感ガス素子として知られているものに、
半導体式ガスセンサがある。この半導体方式のガ
スセンサでは、例えばSnO2系の半導体を用い、
この半導体がCO、H2、C2H5、OH、CH4、iso、
C4H10等の還元性ガスに接触した時に抵抗値が変
化することを利用してガス検出を行なつている。
この場合上記還元性ガスに接触した場合、抵抗値
の変化はP型半導体を用いた場合は増加、n型半
導体を用いた場合は減少と、どちらか一方の挙動
しか示さず、ガスの種類を識別するのは困難なこ
とであつた。 このような問題を解決するために、種々の触
媒、添加元素の選択等を検討し、特定のガスに対
する選択性を向上させる試みがなされている。し
かしながら同方向に抵抗値が変化することにはか
わりがなく、ガスの選択性の問題は依然として残
つているのが現状である。特にCO等を測定対象
ガスとする場合、H2ガスの影響を除去すること
が問題となつている。 〔発明の目的〕 本発明は以上の点を考慮してなされたものであ
り、ガス選択性の向上した感ガス素子、特にH2
とその他の還元性ガスの選択性の向上した感ガス
素子を得る製造方法を提供することを目的とす
る。 〔発明の概要〕 絶縁性基板と、この絶縁性基板上に形成された
測定対象ガスに接触して抵抗値の変化するガス感
応体と、このガス感応体が抵抗値を検出するため
に形成され一対の電極と、このガス感応体上に形
成された触媒層とを備えた感ガス素子。 前記触媒層は、Al2O3、SiO2及びZrO2から選ば
れた少なくとも一種からなる担体に、少なくとも
Pdを担持させる第1の工程と、少なくともPdが
担持された前記担体にさらにAgを担持させる第
2の工程とにより形成された触媒原料からなるこ
とを特徴とする感ガス素子の製造方法である。 なお本発明において絶縁性基板としては
Al2O3、Si3N4、BN、SiO2等のセラミツク基板等
の耐熱性かつ絶縁性の基板を用い、電極としては
Au、Pt等を用い、スクリーン印刷法、スパツタ
リング法、蒸着法等により形成する。この電極は
ガス感応体上で対向して設けられ、ガス感応体と
基板との間、ガス感応体と触媒層との間どちらに
設けても良い。ガス感応体としては、一般に用い
られるSnO2系、ZnO系、Fe2O3系等の測定対象ガ
スに接触してその抵抗値の変化する酸化物半導体
を用いる。このSnO2系、ZnO系、Fe2O3系酸化物
半導体は、それぞれSnO2、ZnO、Fe2O3を主成分
とし、必要に応じNb5+、Sb3+、Sb5+、Al3+
Cr3+等の副成分が添加されたものである。このガ
ス感応体は、スパツタリング法、蒸着法、塗布焼
結、有機化合物の熱分解法等により形成される。
ガス感度、応答性の点から、スパツタリング法、
蒸着法、熱分解法等の薄膜の方が好ましい。 次に本発明素子における触媒層について述べ
る。本発明においては、少なくともPdが担持さ
れたAl2O3、SiO2、ZrO2から選ばれた少なくとも
一種に、さらにAgが担持された担体からなる触
媒層を用いる。 すなわちAl2O3微粉体にPdを担持させた担体を
一旦製造した後、さらにAgを担持させることに
より触媒原料の粉末を製造し、適当なバインダー
を加え、ガス感応体上に塗布・焼成し触媒層を形
成する。 このような触媒層を用いると、H2ガスに対す
る抵抗値の変化が例えばCO等の他の還元性ガス
に対する抵抗値の変化と逆の変化を示す。すなわ
ちガス感応体としてn型半導体を用いた場合、
H2ガスに対しては抵抗値が増加し、CO等の他の
還元性ガスに対しては減少する。p型半導体を用
いた場合はこの逆の変化を示す。このようにH2
ガスに対しては他の還元性ガスと逆の抵抗値変化
を示すので、H2ガスに対する選択性、他のガス
を測定対象とする場合にH2ガスの影響を除去す
ることができ、非常にガス選択性が向上する。 なお本発明素子に係る触媒層ではPdの他にPt、
Rh、Ir、Os等のPt系の触媒を加えてもよい。た
だしPdは必須である。また、担体には先にPdを
担持しておくことが必要であり、例えばAgを担
持させた担体にPdを担持させても本発明の効果
を得ることはできない。これは、担体にPd、Ag
の2層が近接して担持され、内側からPd−Agの
順の2層となることが必要であるためと考えられ
る。例えばPd担持の触媒層を形成した後、Ag層
を形成してもPd−Agの2層部分の領域が界面だ
けであるので、本発明の効果を得ることはできな
い。本発明においてはPdが内層でかつPdとAgと
が近接した状態で位置することが必要であると考
えられ、このような構造をとることにより、ガス
選択性が向上すると考えられる。 また一般に感ガス素子は、ガス応答性、選択性
の向上のためガス感応体加熱用のヒータを備えて
いるが、触媒層中の担体は、Pd、Ag等の触媒が
加熱により凝集するのを防止する。また触媒層は
ガス感応体への測定雰囲気の接触を妨げないよう
に多孔質となるように形成されている。 この触媒層中のPd層はAl2O3等の担体量に対
し、0.05〜20wt%の範囲が好ましい、0.05wt%末
端では感度向上の効果があまり現われず、20wt
%を越えると、むしろ触媒効果が損なわれ、また
初期経時変化が大となつてしまう。同様にAgも
0.05〜20wt%程度が好ましい。Pdの他に前記Pt
系触媒を添加する場合も、Pdとあわせて0.05〜
20wt%の範囲が好ましい。 このようなガス選択性を生ずる原因はさだかで
はないが、Agの酸化還元反応をPdが促進するた
めと考えられる。 また銀酸化物Ag2Oは150℃〜250℃程度で分解
することが知られているが、本発明に係る感ガス
素子は、200℃以上の高温とすると本発明におけ
るガスに対する逆方向のガス応答性があらわれな
くなることから考えてもAgの酸化還元反応が何
らかの影響をおよぼしていると考えられる。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によればH2ガス
に対する抵抗値変化がCO等の他の還元性ガスと
逆の変化を示すため、H2ガスと他の還元性ガス
との識別が容易になり、ガス選択性が向上する。 〔発明の実施例〕 本発明の実施例を以下説明する。 第1図は本発明の実施例を示すための図であ
り、感ガス素子の断面図である。 7mm×4mm×0.3mmtのAl2O3基板1の表面を鏡
面研摩し、スクリーン印刷法を用い電極2として
Auからなる一対のくし形電極を設ける。Al2O3
基板1の裏面にはスクリーン印刷法によりRuO2
からなるヒータ3を設ける。電極2及びヒータ3
にはそれぞれリード2′,3′を設ける。また電極
を蒸着法による薄膜とした場合は、リード接続部
を厚膜としリード接続部における基板との接着強
度を増すこともできる。 このAl2O3基板1上で電極2に接するようにガ
ス感応体層4を形成する。本実施例のガス感応体
4は、Snを含有する有機化合物又はNb若しくは
Sbを含有する有機化合物とSnを含有する有機化
合物との混合物を、熱分解して作成されたSnO2
薄膜又はNb、Sbを含有するSnO2薄膜である。こ
の薄膜は次のようにして作成される。 まず、スズ(Sn)の金属石鹸(例えば2−エ
チルヘキサン酸スズ)あるいは、Snを含有する
樹脂塩、スズのアルコキシド(ROSn;ただし、
Rはアルキル基)、さらにはスズの有機金属化合
物(RSn;ただし、Rはアルキル基あるいはアリ
ール基)などのSnを含有する有機化合物又は、
これにNbあるいはSbを含有する有機化合物を所
定量添加した混合物をトルエン、ベンゼン、n−
ブチルアルコールなどの適宜な溶剤を用いて溶解
し、Snの所定濃度の試料溶液を調製する。本実
施例では10wt%ブチノール溶液を用いた。Sn濃
度は1.0〜20重量%の範囲にあることが好ましい。 つぎに、この試料溶液を一対の電極2を有する
Al2O3基板1に塗布し、空気中で所定時間(通常
30分〜1時間)放置した後、適宜な温度(通常約
120℃)に加熱して用いた溶剤を気化せしめる。
しかる後に、全体を空気中で30分〜1時間に亘り
400〜700℃の温度で焼成すると、Snを含有する
有機化合物は熱分解しあわせてSnは酸化されて、
ここにガス感応体4としてSnO2薄膜が形成され
る。用いる試料溶液のSn濃度によつて異なり一
義的には定められないが、この塗布−焼成の工程
を1〜4回程度反復して所定の膜厚のSnO2薄膜
を形成する。 不純物としてNb、Sbを添加したSnO2膜を作成
した場合、このとき、Nb、Sbはいずれもドナー
として機能する。Nb、Sbは、Snに対する原子比
(Nb/Sn又はSb/Sn)で0.005〜0.05の範囲内の
量であることが好ましい。 このようにして設けられたガス感応体4の上
に、それを被覆して以下の方法により触媒層5を
形成する。 触媒層は以下のようにして製造する。 まず、例えばH2PtCl6・6H2Oからなる塩化物
及び(NH42PdCl6からなるアンモニウム塩を用
いて、Pd、Ptの所定濃度の水溶液を調製する。
ここに所定量のAl2O3微粉体を浸漬する。 充分両者を撹拌混合した後、例えば1〜2時間
減圧含浸し、更に約120℃で加熱乾燥する。これ
を例えば乳鉢で粉砕し粉末として、石英ルツボに
入れて400〜600℃の温度で焼成する。かくして、
所定量のPd−Ptが担持されたAl2O3担体を形成す
る。 このPd−Pt担持のAl2O3担体を炭酸銀を硝酸に
所定量溶解した水溶液中に再度浸漬し、前述の同
様の工程を繰り返して焼成し、Pd−Pt担持の
Al2O3担体にAgを担持した。本実施例ではPd、
Pt、AgがそれぞれAl2O3に対し、1wt%、0.9wt
%、1wt%の組成の触媒層用の原料を製造した。 このようにして調製された触媒を、つぎに、例
えばバインダとしてアルミニウムヒドロキシクロ
ライド等の水溶液を用いて泥漿とし、この泥漿を
SnO2薄膜の上に所定の厚みで塗布、乾燥し、そ
の後300〜400℃の温度で焼成して本発明にかかる
触媒層5を形成した。 このようにして製造した感ガス素子を約200℃
で数日間エージングし安定化した後に感ガス特性
を測定した(実施例1)。その結果を第1表に示
す。 ガス感度は、感ガス素子を密閉測定槽中に配置
し、大気雰囲気中の抵抗値(R air)測定後、
測定対象ガスを所定濃度となるように注入し、感
ガス素子の抵抗値が安定化した後にその抵抗値
(R gas)を測定しR air/R gasにより表わ
した。なお素子温度は150℃である。 比較例として ΓAgを担持させないこと以外は同様としたも
の …比較例1 ΓAgとPd−Ptの担持工程を逆にしたもの
…比較例2 ΓPdのみを担持させたもの …比較例3 ΓPtのみを担持させたもの …比較例4 ΓPdのみを担持させたもの …比較例5 ΓPt担持後Agを担持させたもの …比較例6 についても同様の測定を行なつた。 また実施例2としてPdを担持した後にAgを担
持したものについても同様の測定を行なつた。
【表】 第1表から明らかなごとく、実施例1、2のみ
がH2ガスに対して抵抗値が増加する(感度が1
未満)。それぞれ単独の場合はもちろんのことPd
とAgの担持工程を逆にした場合でもH2ガスに対
しては他の還元性ガスと同様に抵抗値が減少す
る。 従つて、本発明素子においてはH2ガスを例え
ばCO等のガスとの識別能力を有するばかりでな
く、例えば触媒等の選択によつてCO等のガスに
高感度を示す感ガス素子と組み合わせることによ
り、H2ガス等の影響を除去することも可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明素子の断面図。 1…Al2O3基板(絶縁性基板)、2…電極、4
…ガス感応体、5…触媒層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 絶縁性基板と、この絶縁性基板上に形成され
    た測定対象ガスに接触して抵抗値の変化するガス
    感応体と、このガス感応体の抵抗値を検出するた
    めに形成された一対の電極と、このガス感応体上
    に形成された触媒層とを備えた感ガス素子の製造
    方法において、前記触媒層はAl2O3、SiO2及び
    ZrO2から選ばれた少なくとも一種からなる担体
    に、少なくともPdを担持させる第1の工程と、
    少なくともPdが担持された前記担体にさらにAg
    を担持させる第2の工程とにより形成された触媒
    原料からなることを特徴とする感ガス素子の製造
    方法。
JP11423183A 1983-06-27 1983-06-27 感ガス素子の製造方法 Granted JPS607351A (ja)

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JP2588217B2 (ja) * 1987-10-31 1997-03-05 株式会社東芝 ガスセンサの製造方法

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