JPH05164720A - ガスセンサ用組成物およびこの組成物を用いたガスセ ンサの製造方法 - Google Patents
ガスセンサ用組成物およびこの組成物を用いたガスセ ンサの製造方法Info
- Publication number
- JPH05164720A JPH05164720A JP33691691A JP33691691A JPH05164720A JP H05164720 A JPH05164720 A JP H05164720A JP 33691691 A JP33691691 A JP 33691691A JP 33691691 A JP33691691 A JP 33691691A JP H05164720 A JPH05164720 A JP H05164720A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＮＯXガスに選択的に感応するための組成物
およびこのセンサを組成物を用いたガスセンサの製造方
法を提供する。 【構成】 Ｉｎのアルコキシドにｎ形導電性とＮＯxに
対する選択性を付与するための金属をアルコキシド又は
有機酸塩の状態で有機溶媒に溶解し，この溶液を抵抗測
定用の電極を付与した絶縁物基板に塗布し，熱分解して
酸化物薄膜（Ｉｎ 2Ｏ3）を形成し，この酸化物薄膜上に
保護膜として作用する溶液を塗布して熱分解する。
およびこのセンサを組成物を用いたガスセンサの製造方
法を提供する。 【構成】 Ｉｎのアルコキシドにｎ形導電性とＮＯxに
対する選択性を付与するための金属をアルコキシド又は
有機酸塩の状態で有機溶媒に溶解し，この溶液を抵抗測
定用の電極を付与した絶縁物基板に塗布し，熱分解して
酸化物薄膜（Ｉｎ 2Ｏ3）を形成し，この酸化物薄膜上に
保護膜として作用する溶液を塗布して熱分解する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，排ガス中のＮＯXを測
定するためのガスセンサ用組成物およびこの組成物を用
いたガスセンサの製造方法に関する。
定するためのガスセンサ用組成物およびこの組成物を用
いたガスセンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，排ガス中のＮＯXを測定する手段
としては，赤外線吸収，紫外線吸収，吸光度測定，化学
発光法等があり，また，半導体ガスセンサとしては酸化
チタンに微量の添加物を添加したものや，酸化錫に貴金
属触媒を添加したものが知られている。
としては，赤外線吸収，紫外線吸収，吸光度測定，化学
発光法等があり，また，半導体ガスセンサとしては酸化
チタンに微量の添加物を添加したものや，酸化錫に貴金
属触媒を添加したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，分光学
的手法を用いた測定法は装置が複雑で，測定時や保守に
手間が係るという問題がある。また，半導体酸化物を用
いたものは，抵抗値が大きい，温度依存性が大きい，干
渉ガスの影響が大きい等の欠点がある。また，真空蒸着
を利用して作る場合には，装置価格が高く，組成の制御
が難しいという問題がある。本発明は上記従来技術の問
題点を解決するために成されたもので，ＮＯXガスに選
択的に感応するための組成物およびこの組成物を用いた
ガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。
的手法を用いた測定法は装置が複雑で，測定時や保守に
手間が係るという問題がある。また，半導体酸化物を用
いたものは，抵抗値が大きい，温度依存性が大きい，干
渉ガスの影響が大きい等の欠点がある。また，真空蒸着
を利用して作る場合には，装置価格が高く，組成の制御
が難しいという問題がある。本発明は上記従来技術の問
題点を解決するために成されたもので，ＮＯXガスに選
択的に感応するための組成物およびこの組成物を用いた
ガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は，請求項１においては，Ｉｎ2Ｏ3にｎ形導電
性とＮＯxに対する選択性を付与する金属元素を加えた
ことを特徴とするものであり，請求項２においてはＩｎ
アルコキシドと請求項１記載の金属元素のアルコキシド
又は有機酸塩を有機溶媒に溶解し，この溶液を抵抗測定
用の電極を付与した絶縁物基板に塗布し，熱分解して酸
化物薄膜を形成し，この酸化物薄膜上に保護膜として作
用する溶液を塗布して熱分解したことを特徴とするもの
である。
明の構成は，請求項１においては，Ｉｎ2Ｏ3にｎ形導電
性とＮＯxに対する選択性を付与する金属元素を加えた
ことを特徴とするものであり，請求項２においてはＩｎ
アルコキシドと請求項１記載の金属元素のアルコキシド
又は有機酸塩を有機溶媒に溶解し，この溶液を抵抗測定
用の電極を付与した絶縁物基板に塗布し，熱分解して酸
化物薄膜を形成し，この酸化物薄膜上に保護膜として作
用する溶液を塗布して熱分解したことを特徴とするもの
である。
【０００５】
【作用】ｎ形導電体のＩｎ酸化物はキャリアとして電子
を有している。一方ＮＯxは不対電子対を分子の中に持
っているために，この不電子対はＮＯXがＩｎ酸化物薄
膜に吸着した際に，Ｉｎ酸化物が有しているキャリアの
電子と結合する。そのため，薄膜の中のキャリア濃度が
減少し抵抗値が上昇する。また，このＩｎ酸化物薄膜は
そのバンド構造とＮＯXの吸着エネルギーがほぼ同程度
となっている。その結果ＮＯXが選択的に吸着されるた
め，干渉ガスの影響を受けにくい。
を有している。一方ＮＯxは不対電子対を分子の中に持
っているために，この不電子対はＮＯXがＩｎ酸化物薄
膜に吸着した際に，Ｉｎ酸化物が有しているキャリアの
電子と結合する。そのため，薄膜の中のキャリア濃度が
減少し抵抗値が上昇する。また，このＩｎ酸化物薄膜は
そのバンド構造とＮＯXの吸着エネルギーがほぼ同程度
となっている。その結果ＮＯXが選択的に吸着されるた
め，干渉ガスの影響を受けにくい。
【０００６】
【実施例】本発明の製造方法について，図１を参照しな
がら概略工程に従って説明する。始めにＩｎ2Ｏ3にｎ形
の導電性とＮＯXに対して選択性を付与するための金属
元素を加えた組成物について説明する。すなわちＩｎ2
Ｏ3にｎ形の導電性を付与するための金属元素として，
Ｉｎ2Ｏ3１００％に対して，例えばＳｎを１〜１０％添
加する（この添加物としてはＳｂやＮｂ等であってもよ
い）。また，選択性を付与する金属元素としては焼成後
のＩｎ2Ｏ3１００％に換算して対して，例えばＶ（バナ
ジウム）を１〜５％添加する。上記の混合物はＮＯXセ
ンサ用組成物として機能する。
がら概略工程に従って説明する。始めにＩｎ2Ｏ3にｎ形
の導電性とＮＯXに対して選択性を付与するための金属
元素を加えた組成物について説明する。すなわちＩｎ2
Ｏ3にｎ形の導電性を付与するための金属元素として，
Ｉｎ2Ｏ3１００％に対して，例えばＳｎを１〜１０％添
加する（この添加物としてはＳｂやＮｂ等であってもよ
い）。また，選択性を付与する金属元素としては焼成後
のＩｎ2Ｏ3１００％に換算して対して，例えばＶ（バナ
ジウム）を１〜５％添加する。上記の混合物はＮＯXセ
ンサ用組成物として機能する。
【０００７】次に，上記組成物をアルコキシド又は有機
酸塩として有機溶媒に溶解する。ここで有機溶媒として
は例えば２メトキシエタノ―ル，無水酢酸，ホルムアミ
ドの混合溶液を使用する。混合比はおよそ次の通りであ
る。アルコキシドの濃度が２メトキシエタノールにたい
して０．０５〜０．１ｍｏｌ／ｌ，無水酢酸がアルコキ
シドに対して１〜３倍，ホルムアミドがアルコキシドに
対して１〜２倍，以上，図１（ａ）参照
酸塩として有機溶媒に溶解する。ここで有機溶媒として
は例えば２メトキシエタノ―ル，無水酢酸，ホルムアミ
ドの混合溶液を使用する。混合比はおよそ次の通りであ
る。アルコキシドの濃度が２メトキシエタノールにたい
して０．０５〜０．１ｍｏｌ／ｌ，無水酢酸がアルコキ
シドに対して１〜３倍，ホルムアミドがアルコキシドに
対して１〜２倍，以上，図１（ａ）参照
【０００８】次に，（ｂ）図に示すように上記の工程に
より作製した混合溶液を，絶縁基板１に所定の間隔を隔
てて形成された電極（たとえばＰｔ…図示せず）に接す
るように塗布する。なお，塗布の方法はスピンコートま
たはディッピングなどの方法で行い，続いて加水分解を
行う。
より作製した混合溶液を，絶縁基板１に所定の間隔を隔
てて形成された電極（たとえばＰｔ…図示せず）に接す
るように塗布する。なお，塗布の方法はスピンコートま
たはディッピングなどの方法で行い，続いて加水分解を
行う。
【０００９】次に，（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）図に示すよ
うに塗布した膜を室温〜１００℃で乾燥させてゾル化→
ゲル化を行い，さらに塗布膜を熱分解して酸化物半導体
薄膜になるまで３５０〜６００℃で熱処理を行う。この
薄膜は所定の膜厚（１００ｎｍ程度）になるまで積層し
て感応膜２とし，この感応膜上に保護膜としての絶縁膜
を付着させる。なお，この保護膜はＳｉやＡｌのアルコ
キシドを作って感応膜上に塗布し，焼成してＳｉＯ2や
Ａｌ2Ｏ3とする。
うに塗布した膜を室温〜１００℃で乾燥させてゾル化→
ゲル化を行い，さらに塗布膜を熱分解して酸化物半導体
薄膜になるまで３５０〜６００℃で熱処理を行う。この
薄膜は所定の膜厚（１００ｎｍ程度）になるまで積層し
て感応膜２とし，この感応膜上に保護膜としての絶縁膜
を付着させる。なお，この保護膜はＳｉやＡｌのアルコ
キシドを作って感応膜上に塗布し，焼成してＳｉＯ2や
Ａｌ2Ｏ3とする。
【００１０】図２（ａ），（ｂ）は本発明のガスセンサ
の組み立て工程を示す斜視図である。図に示すように上
記により作製した感応膜２を形成した基板１と，別に作
成した温度センサ兼ヒータ５を有する第２基板１’と
を，ヒータ部を挟んで固着する。 図３はアルミナ基板
１上に形成した感応膜２とＮＯxの反応状態を示す図で
あり，ＮＯx分子中の不対電子対がＩｎ酸化物薄膜に吸
着して，Ｉｎ酸化物のキャリアの電子と結合している状
態を模式的に示している。
の組み立て工程を示す斜視図である。図に示すように上
記により作製した感応膜２を形成した基板１と，別に作
成した温度センサ兼ヒータ５を有する第２基板１’と
を，ヒータ部を挟んで固着する。 図３はアルミナ基板
１上に形成した感応膜２とＮＯxの反応状態を示す図で
あり，ＮＯx分子中の不対電子対がＩｎ酸化物薄膜に吸
着して，Ｉｎ酸化物のキャリアの電子と結合している状
態を模式的に示している。
【００１１】なお，ＮＯXの測定はセンサを１８０〜４
００℃に加熱して，被測定ガスと接触させながら抵抗値
の変化を検出することにより行うが，このセンサはＮＯ
Xに対して選択性を有しているため，例えばＮＯXと同程
度の濃度のブタンガスが存在していても影響を受けるこ
とがない（実験により確認）。
００℃に加熱して，被測定ガスと接触させながら抵抗値
の変化を検出することにより行うが，このセンサはＮＯ
Xに対して選択性を有しているため，例えばＮＯXと同程
度の濃度のブタンガスが存在していても影響を受けるこ
とがない（実験により確認）。
【００１２】図４は上記方法により試作した３つのガス
センサ（イ，ロ，ハ）を用いてＮＯ xの濃度を測定した
実験値を示す図である。図から明らかなようにガスの濃
度に比例した抵抗値の変化を示しており，特に（ハ）の
センサは直線性（直線ニはハのポイントを結んだもの）
が優れている。センサの品質のばらつきは製造条件を均
一化し，十分なエージングを行うことにより低減可能で
ある。
センサ（イ，ロ，ハ）を用いてＮＯ xの濃度を測定した
実験値を示す図である。図から明らかなようにガスの濃
度に比例した抵抗値の変化を示しており，特に（ハ）の
センサは直線性（直線ニはハのポイントを結んだもの）
が優れている。センサの品質のばらつきは製造条件を均
一化し，十分なエージングを行うことにより低減可能で
ある。
【００１３】
【発明の効果】以上，詳細に説明したように，本発明に
よれば，Ｉｎ2Ｏ3にｎ形導電性とＮＯ xに対する選択性
を付与する金属元素を加えたので数ｐｐｍから数千ｐｐ
ｍに渡って広い範囲で測定が可能なセンサの組成物を得
ることができ，この組成物を用いて有機溶媒に溶解し，
絶縁物基板に塗布し，熱分解して酸化物薄膜を形成して
いるので，組成の制御が容易であり，高価な製造設備を
必要としない。また，ＮＯxを選択的に検出することが
でき，膜の抵抗値が比較的に低いために安定した測定が
可能である。
よれば，Ｉｎ2Ｏ3にｎ形導電性とＮＯ xに対する選択性
を付与する金属元素を加えたので数ｐｐｍから数千ｐｐ
ｍに渡って広い範囲で測定が可能なセンサの組成物を得
ることができ，この組成物を用いて有機溶媒に溶解し，
絶縁物基板に塗布し，熱分解して酸化物薄膜を形成して
いるので，組成の制御が容易であり，高価な製造設備を
必要としない。また，ＮＯxを選択的に検出することが
でき，膜の抵抗値が比較的に低いために安定した測定が
可能である。
【図１】本発明のガスセンサの作製方法を示す概略工程
図である。
図である。
【図２】本発明のガスセンサの組み立て工程を示す斜視
図である。
図である。
【図３】アルミナ基板上に形成した感応膜とＮＯxの反
応状態を示す模式図である。
応状態を示す模式図である。
【図４】試作したガスセンサを用いてＮＯxの濃度を測
定した実験値を示す図である。 １ 基板 ２ 感応膜 ３ 電極 ４ リード線 ５ 温度センサ兼ヒータ
定した実験値を示す図である。 １ 基板 ２ 感応膜 ３ 電極 ４ リード線 ５ 温度センサ兼ヒータ
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｉｎ2Ｏ3にｎ形導電性とＮＯxに対する
選択性を付与する金属元素を加えたことを特徴とするガ
スセンサ用組成物。 - 【請求項２】 Ｉｎアルコキシドと請求項１記載の金属
元素のアルコキシド又は有機酸塩を有機溶媒に溶解し，
この溶液を抵抗測定用の電極を付与した絶縁物基板に塗
布し，熱分解して酸化物薄膜を形成し，この酸化物薄膜
上に保護膜として作用する溶液を塗布して熱分解したこ
とを特徴とするガスセンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33691691A JPH05164720A (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | ガスセンサ用組成物およびこの組成物を用いたガスセ ンサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33691691A JPH05164720A (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | ガスセンサ用組成物およびこの組成物を用いたガスセ ンサの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05164720A true JPH05164720A (ja) | 1993-06-29 |
Family
ID=18303821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33691691A Pending JPH05164720A (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | ガスセンサ用組成物およびこの組成物を用いたガスセ ンサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05164720A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7153401B2 (en) * | 2002-05-13 | 2006-12-26 | The Regents Of The University Of California | Current-biased potentiometric NOx sensor for vehicle emissions |
-
1991
- 1991-12-19 JP JP33691691A patent/JPH05164720A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7153401B2 (en) * | 2002-05-13 | 2006-12-26 | The Regents Of The University Of California | Current-biased potentiometric NOx sensor for vehicle emissions |
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