JPH0526832A - Oxygen sensor - Google Patents
Oxygen sensorInfo
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- JPH0526832A JPH0526832A JP20740391A JP20740391A JPH0526832A JP H0526832 A JPH0526832 A JP H0526832A JP 20740391 A JP20740391 A JP 20740391A JP 20740391 A JP20740391 A JP 20740391A JP H0526832 A JPH0526832 A JP H0526832A
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は二次元の結晶構造を有し
てインターカレーション特性を有する層状物質を使用
し、常温作動を可能とした酸素センサに関し、特に、そ
の小型軽量化を図った酸素センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen sensor which can be operated at room temperature by using a layered substance having a two-dimensional crystal structure and having intercalation characteristics, and in particular, has been made smaller and lighter. Regarding the oxygen sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】層状物質とは、雲母、グラファイト、遷
移金属ダイカルコゲナイド等の二次元的構造を持つ物質
であり、層内は共有結合又はイオン結合で原子が強く結
合している。また、層と層との間は、弱いファン・デル
・ワールス力で結合しており、このファン・デル・ワー
ルスギャップに、層状構造を破壊することなく、ある種
の原子及び分子を挿入することができる。この現象がイ
ンターカレーションであり、このときの挿入物質をイン
ターカラントという。更に、インターカラントが可逆的
に出ていくことをデインターカレーションという。2. Description of the Related Art A layered substance is a substance having a two-dimensional structure such as mica, graphite, transition metal dichalcogenide, etc., in which atoms are strongly bound by covalent bonds or ionic bonds. In addition, the layers are connected by weak van der Waals forces, and it is necessary to insert certain atoms and molecules into this van der Waals gap without destroying the layered structure. You can This phenomenon is intercalation, and the insertion substance at this time is called intercalant. Furthermore, the reversible outflow of intercalants is called deintercalation.
【0003】而して、特にCuFeTe2からなる層状
物質を感知部とし、これに電極を電気的に接続してセン
サを構成すると、この電極間の感知部の抵抗と酸素ガス
濃度との間の関係に良い再現性が得られる。このため、
このセンサを酸素センサとして応用することができる。When a layered substance made of CuFeTe 2 is used as a sensing section and electrodes are electrically connected to the sensing section to form a sensor, the resistance between the sensing section between the electrodes and the oxygen gas concentration are different. Good reproducibility in relationships. For this reason,
This sensor can be applied as an oxygen sensor.
【0004】そして、従前の酸素センサ、例えば自動車
の排ガス制御用として実用化されている安定化ジルコニ
ア(ZrO2)を使用した酸素センサとか、TiO2を使
用した酸素センサの場合は、350℃以下の低温では動作
しないのに対し、この層状物質を応用した酸素センサ
は、現状で約100℃での低温動作が可能であり、更に室
温で動作する酸素センサを開発する上で最も期待されて
いるものである。In the case of a conventional oxygen sensor, for example, an oxygen sensor using stabilized zirconia (ZrO 2 ) which has been put into practical use for controlling exhaust gas of automobiles, or an oxygen sensor using TiO 2 , the temperature is 350 ° C. or lower. Although it does not operate at low temperature, the oxygen sensor using this layered material is capable of low temperature operation at about 100 ° C at present, and is the most promising for developing an oxygen sensor that operates at room temperature. It is a thing.
【0005】なお、常温作動型酸素センサとしては、他
に、ガルバニ電池式のものがあるが、これは基本的に化
学変化を利用しているために、物質移動及び電解質の消
耗等の要因により、寿命が短いという欠点を有する。近
時、このガルバニ電池式酸素センサの寿命を改善するた
めに、使用する隔膜及び電解質等に工夫が施されている
が、逆にこのためレスポンスが遅くなるという別の欠点
を招来している。また、ガルバニ電池式酸素センサの場
合には、小型化を図ると、消費型センサであるため、寿
命が極端に短くなるという欠点がある。There is another type of room temperature oxygen sensor, which is of the galvanic cell type. Since it basically utilizes chemical changes, it may be caused by factors such as mass transfer and electrolyte consumption. However, it has a short life. Recently, in order to improve the life of the galvanic cell type oxygen sensor, the diaphragm and the electrolyte to be used have been devised, but on the contrary, this causes another drawback that the response becomes slow. Further, in the case of the galvanic battery type oxygen sensor, if it is downsized, it is a consumption type sensor, so that it has a drawback that the life becomes extremely short.
【0006】これに対し、層状物質を感知部とする酸素
センサの場合には、上述のガルバニ電池式酸素センサの
場合と異なり、消費型ではないので、このような欠点を
有しない。On the other hand, the oxygen sensor using the layered substance as a sensing portion does not have such a defect because it is not a consumption type unlike the above-mentioned galvanic cell type oxygen sensor.
【0007】図2は従来の層状物質を使用した酸素セン
サを示す断面図である。この酸素センサはCuFeTe
2の単結晶をブリッジマン法により作成し、得られた単
結晶塊を微粉末状態に粉砕した後、一軸加圧プレス法に
より成形して板状としたものを感知部1とし、この感知
部1の表面及び裏面に電極2、3を形成し、各電極2、
3に配線4を結線して製造されたものである。FIG. 2 is a sectional view showing an oxygen sensor using a conventional layered material. This oxygen sensor is CuFeTe
The single crystal of No. 2 was prepared by the Bridgman method, and the obtained single crystal mass was pulverized into a fine powder state, and then molded by the uniaxial pressure pressing method into a plate-like shape, which was used as the sensing unit 1. The electrodes 2 and 3 are formed on the front surface and the back surface of 1, respectively,
It is manufactured by connecting the wiring 4 to the wiring 3.
【0008】この層状物質からなる感知部1は酸素をイ
ンターカラントとし、このインターカラントが酸素濃度
の変化によって、インターカレーション又はデインター
カレーションを起こすことにより、電気抵抗率が変化す
ることを利用して、酸素濃度を検知することができる。
即ち、酸素濃度と電気抵抗率との間のキャリブレーショ
ンデータを予め求めておけば、酸素分圧が変化したとき
の酸素濃度を電気抵抗率変化から求めることができる。The sensing part 1 made of this layered substance uses oxygen as an intercalant, and this intercalant causes intercalation or deintercalation depending on the change in oxygen concentration, and the electrical resistivity changes. Then, the oxygen concentration can be detected.
That is, if the calibration data between the oxygen concentration and the electrical resistivity is obtained in advance, the oxygen concentration when the oxygen partial pressure changes can be obtained from the change in the electrical resistivity.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の酸素センサは、感度及びレスポンス等の特性を実
用上十分なものにするためには、その酸素が挿入又は離
脱する有効表面積を大きくする必要がある。このため、
従来の酸素センサは小型化及び軽量化が困難であるとい
う欠点がある。However, in the above-mentioned conventional oxygen sensor, in order to make the characteristics such as sensitivity and response practically sufficient, it is necessary to increase the effective surface area into which oxygen is inserted or released. There is. For this reason,
The conventional oxygen sensor has a drawback that it is difficult to reduce the size and weight.
【0010】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、小型化及び軽量化が可能な常温作動型の酸
素センサを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a room temperature operation type oxygen sensor which can be reduced in size and weight.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明に係る酸素センサ
は、有機材料からなるフィルムと、このフィルム上に薄
膜形成技術により形成された二次元の結晶構造を有する
層状物質からなる感知部と、この感知部に接触し適長間
隔をおいて配置された1対の電極部とを有することを特
徴とする。An oxygen sensor according to the present invention comprises a film made of an organic material, and a sensing section made of a layered substance having a two-dimensional crystal structure formed on the film by a thin film forming technique. It is characterized by having a pair of electrode portions which are in contact with the sensing portion and are arranged at appropriate intervals.
【0012】[0012]
【作用】本発明においては、有機材料からなるフィルム
上にCuFeTe2等の層状物質の薄膜を形成する。こ
の有機材料からなるフィルムはポリイミドフィルムに代
表されるように、絶縁性セラミックフィルムに比して、
可撓性が優れていると共に、極めて薄くしても十分な強
度を有しているため、薄く軽量化することができるとい
う利点がある。また、ポリイミド等の有機材料からなる
フィルムは金属との反応性がよいため、CuFeTe2
の結晶層を容易に高密着性で形成することができると共
に、耐熱性が優れているという長所がある。In the present invention, a thin film of a layered substance such as CuFeTe 2 is formed on a film made of an organic material. A film made of this organic material is typified by a polyimide film, as compared with an insulating ceramic film,
Since it is excellent in flexibility and has sufficient strength even if it is extremely thin, there is an advantage that it can be made thin and lightweight. In addition, since a film made of an organic material such as polyimide has good reactivity with a metal, CuFeTe 2
The crystal layer can be easily formed with high adhesiveness, and the heat resistance is excellent.
【0013】感知部である層状物質は、できるだけ雰囲
気ガス(酸素ガス)との接触面積を大きくする必要があ
るが、薄膜形成技術により形成された層状物質は配向性
が低いので、幅を可及的に狭くして、長く形成すること
により、層状物質と雰囲気ガスとの接触面積が増大し、
有効面積を極めて大きくすることができる。The layered substance which is the sensing portion is required to have a contact area with the atmospheric gas (oxygen gas) as large as possible, but the layered substance formed by the thin film forming technique has a low orientation, so that the width can be as wide as possible. By making it narrower and longer, the contact area between the layered material and the atmosphere gas increases,
The effective area can be made extremely large.
【0014】このように、本発明は層状物質を有機フィ
ルム上に薄膜形成技術により形成するため、その雰囲気
との接触面積が多いため、有効面積が極めて大きいの
で、感度及びレスポンスが極めて良好となる。As described above, according to the present invention, since the layered substance is formed on the organic film by the thin film forming technique, the contact area with the atmosphere is large and the effective area is extremely large, so that the sensitivity and response are extremely good. ..
【0015】[0015]
【実施例】以下、本発明の実施例について、添付の図面
を参照して具体的に説明する。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.
【0016】図1は本発明の実施例に係る酸素センサを
示す模式的断面図である。図1に示すように、ポリイミ
ドフィルム10上に、CuFeTe2等の層状物質から
なる感知部1がスパッタリング等の薄膜形成技術により
パターン形成されている。そして、この感知部11を平
面視で挟む位置のポリイミドフィルム10上に、白金電
極12が同様に薄膜形成技術によりパターン形成されて
いる。この電極12は適宜の配線により電極12間の抵
抗率測定装置(いずれも図示せず)に接続されている。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a sensing portion 1 made of a layered material such as CuFeTe 2 is patterned on a polyimide film 10 by a thin film forming technique such as sputtering. Then, the platinum electrode 12 is similarly pattern-formed by the thin film forming technique on the polyimide film 10 at the position where the sensing unit 11 is sandwiched in plan view. The electrodes 12 are connected to a resistivity measuring device (not shown) between the electrodes 12 by appropriate wiring.
【0017】このように構成された酸素センサにおいて
は、図1中矢印にて示すように、感知部11と雰囲気と
の間で、感知部11の表面を介して、酸素(インターカ
レント)がインターカレーション及びデインターカレー
ションすることにより、感知部11の抵抗率が変化す
る。そして、雰囲気の酸素濃度と抵抗率との間には再現
性が良い相関関係が存在する。このため、酸素濃度と抵
抗率との間のキャリブレーションカーブを予め求めてお
くことにより、測定時にはその抵抗率の測定結果から前
記キャリブレーションカーブを基に酸素濃度を求めるこ
とができる。In the oxygen sensor thus constructed, oxygen (intercurrent) is intercalated between the sensing portion 11 and the atmosphere via the surface of the sensing portion 11, as indicated by the arrow in FIG. The resistivity of the sensing unit 11 changes due to the curling and deintercalation. There is a good reproducible correlation between the oxygen concentration of the atmosphere and the resistivity. Therefore, by obtaining a calibration curve between the oxygen concentration and the resistivity in advance, it is possible to obtain the oxygen concentration based on the calibration curve from the measurement result of the resistivity at the time of measurement.
【0018】本実施例においては、感知部11が薄膜で
あるので、その雰囲気と接触する面積(即ち、有効面
積)は極めて大きいにも拘らず、それ自体は軽量であ
る。また、薄膜形成技術により形成することができるの
で、その形状も小型化が可能である。従って、本実施例
により、軽量且つ小型の酸素センサを得ることができ
る。なお、電極を印刷法により形成した場合は、一般的
に、その焼成工程において電極の組織がポーラスにな
る。これにより、電極での通気性が良くなり、感知部と
雰囲気ガスとの接触面積が一層増大し、センサとしての
レスポンスが向上する。しかし、電極としてはポーラス
なものに限定されるものではない。但し、電極として
は、感知部及び有機材料からなるフィルムに対する密着
性が良好であることが必要である。In this embodiment, since the sensing portion 11 is a thin film, the area itself in contact with the atmosphere (ie, the effective area) is extremely large, but it is itself lightweight. Further, since it can be formed by a thin film forming technique, its shape can be miniaturized. Therefore, according to this embodiment, a lightweight and small oxygen sensor can be obtained. When the electrode is formed by a printing method, generally, the structure of the electrode becomes porous in the firing process. This improves the air permeability of the electrodes, further increases the contact area between the sensing portion and the atmospheric gas, and improves the response as a sensor. However, the electrode is not limited to the porous one. However, the electrode needs to have good adhesion to the sensing section and the film made of an organic material.
【0019】次に、本実施例の酸素センサを実際に製造
し、その特性を調べた結果について説明する。先ず、厚
さが25μmのポリイミドフィルム10上にCuFeTe
2の薄膜(感知部11)をスパッタリング装置を使用し
て形成した。次いで、白金をスパッタリングすることに
より、電極12を形成した。これにより、得られた酸素
センサは、層状物質である感知部11の厚さが2μm、
長さが1.0mm、電極はいずれもその厚さが2μm、長さが
1.0mmである。Next, the result of actually manufacturing the oxygen sensor of this embodiment and examining its characteristics will be described. First, CuFeTe is formed on a polyimide film 10 having a thickness of 25 μm.
The second thin film (sensing unit 11) was formed using a sputtering device. Next, the electrode 12 was formed by sputtering platinum. As a result, in the obtained oxygen sensor, the thickness of the sensing portion 11 which is a layered substance is 2 μm,
The length is 1.0 mm, the thickness of each electrode is 2 μm, and the length is
It is 1.0 mm.
【0020】その結果、得られた酸素センサは、感度及
びレスポンスが従来の酸素センサと同等か又はそれより
も優れていたにも拘らず、従来の酸素センサよりも極め
て小型であり、軽量であった。As a result, the obtained oxygen sensor was much smaller and lighter than the conventional oxygen sensor in spite of the sensitivity and the response being equal to or better than the conventional oxygen sensor. It was
【0021】なお、本実施例は層状物質としてCuFe
Te2を使用した酸素センサについて説明したが、本発
明はこれに限らず他の層状物質を使用した酸素センサに
も適用できることは勿論である。In this embodiment, CuFe is used as the layered material.
Although the oxygen sensor using Te 2 has been described, it goes without saying that the present invention is not limited to this and can be applied to oxygen sensors using other layered substances.
【0022】層状物質としては、CuFeTe2の外
に、ZrSe2及びNbSe2等がある。また、絶縁性フ
ィルムとしては、上記実施例のポリイミドフィルムの外
に、PET、PBT、ポリプロピレン、ポリエチレン及
びナイロン等の有機材料からなるフィルム等がある。[0022] As layered material, outside the CuFeTe 2, there is ZrSe 2 and NbSe 2 or the like. Further, as the insulating film, in addition to the polyimide film of the above embodiment, there are films made of organic materials such as PET, PBT, polypropylene, polyethylene and nylon.
【0023】[0023]
【発明の効果】以上説明したように本発明により、常温
又は比較的低温で作動可能な酸素センサとして注目され
ている層状物質を利用した酸素センサを、極めて小さく
且つ軽量なものにすることができる。このため、本発明
は常温作動型酸素センサの用途の拡大に著しく寄与し、
酸素濃度の測定技術の向上に多大の貢献をなす。As described above, according to the present invention, an oxygen sensor using a layered substance, which is attracting attention as an oxygen sensor capable of operating at room temperature or relatively low temperature, can be made extremely small and lightweight. .. Therefore, the present invention significantly contributes to the expansion of applications of the room temperature oxygen sensor,
It makes a great contribution to the improvement of oxygen concentration measurement technology.
【図1】本発明の実施例に係る酸素センサを示す模式的
断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention.
【図2】従来の酸素センサを示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a conventional oxygen sensor.
1,11;感知部 2,3,12;電極 10;ポリイミドフィルム 1, 11; Sensing part 2, 3, 12; Electrode 10; Polyimide film
フロントページの続き (72)発明者 平川 一美 福岡県福岡市南区中尾1丁目38番地15号Continued Front Page (72) Inventor Kazumi Hirakawa 1-38 Nakao 1-38 Nakao, Minami-ku, Fukuoka-shi, Fukuoka
Claims (1)
ルム上に薄膜形成技術により形成された二次元の結晶構
造を有する層状物質からなる感知部と、この感知部に接
触し適長間隔をおいて配置された1対の電極部とを有す
ることを特徴とする酸素センサ。Claim: What is claimed is: 1. A film made of an organic material, a sensing unit made of a layered material having a two-dimensional crystal structure formed on the film by a thin film forming technique, and a sensing unit in contact with the sensing unit. An oxygen sensor having a pair of electrode portions arranged at an appropriate length.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20740391A JPH0526832A (en) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | Oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20740391A JPH0526832A (en) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | Oxygen sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0526832A true JPH0526832A (en) | 1993-02-02 |
Family
ID=16539166
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20740391A Pending JPH0526832A (en) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | Oxygen sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0526832A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008084582A1 (en) * | 2007-01-12 | 2008-07-17 | Nitto Denko Corporation | Substance detection sensor |
-
1991
- 1991-07-24 JP JP20740391A patent/JPH0526832A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008084582A1 (en) * | 2007-01-12 | 2008-07-17 | Nitto Denko Corporation | Substance detection sensor |
JP2008170321A (en) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Nitto Denko Corp | Material detection sensor |
US8252237B2 (en) | 2007-01-12 | 2012-08-28 | Nitto Denko Corporation | Substance detection sensor |
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