JPH0534305A - 酸素センサ - Google Patents

酸素センサ

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JPH0534305A
JPH0534305A JP3217958A JP21795891A JPH0534305A JP H0534305 A JPH0534305 A JP H0534305A JP 3217958 A JP3217958 A JP 3217958A JP 21795891 A JP21795891 A JP 21795891A JP H0534305 A JPH0534305 A JP H0534305A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
layered
oxygen
substrate
oxygen sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP3217958A
Other languages
English (en)
Inventor
Takafumi Kajima
孝文 鹿嶋
Katsuaki Nakamura
克明 中村
Atsunari Ishibashi
功成 石橋
Kazumi Hirakawa
一美 平川
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.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
Application filed by Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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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)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 層状物質層に対する酸素の侵入・放出の効率
を害することなく、耐環境性の向上を図り、悪条件での
使用も可能とするよう改善する。 【構成】 絶縁性材料の基板10の一表面上に酸素のイ
ンターカレート、ディインターカレートの可能な層状物
質層11を形成し、この基板表面においてさらに2つの
電極12,13を、それらが上記の層状物質層を挟むよ
うにしてこれに接触するように形成し、この層状物質層
の表面を覆うように、気体透過性材料の保護層を形成す
るという構造を具備する。このセンサは、酸素濃度変化
に対応して抵抗率が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、酸素センサに関し、
とくに常温でも動作可能な酸素センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、常温動作型酸素センサとし
て、ガルバニ電池式酸素センサが知られている。このガ
ルバニ電池式酸素センサは、基本的に化学変化を利用し
たものであるため、移動物質や電解質の消耗により寿命
が短いという欠点を有している。近年、寿命改善のた
め、使用隔膜や電解質について工夫されてきているが、
たとえばレスポンスが遅くなるなどの他の特性の悪化等
の問題が生じている。また、具体的な用途に対応して小
型化をすすめると、ガルバニ電池式酸素センサは、消費
型酸素センサであるために寿命が極端に短くなる。
【0003】そこで、最近、常温動作型酸素センサとし
て、CuFeTe■s[2■s]などの層状物質を用いたもの
が研究され始めている。ここで、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などの二次
元的な原子・分子配列の層状構造を持つ物質である。こ
の層内は共有結合やイオン結合で原子が強く結合してい
るが、層と層との間は弱いファン・デル・ワールス力で
結合している。このため、層状構造を破壊することなく
ギャップに、ある種の原子や分子を挿入でき、この現象
をインターカレーションと呼び、このときの挿入物質を
インターカラントと呼ぶ。さらにインターカラントが可
逆的に出ていくことをディインターカレーションと呼
ぶ。この層状物質の中でCuFeTe■s[2■s]は、酸素
のインターカレーション、ディインターカレーションが
見られ、これにより酸素濃度に応じて電気抵抗率を変化
させることができる(木城耕一、栗焼久夫、平川一美
「層状物質への酸素ガスインターカレーション」九州大
学工学集報第62巻第4号、平成元年8月、頁327−
331)。
【0004】従来のこの酸素センサは、図3に示すよう
に、絶縁性材料の基板30上にCuFeTe■s[2■s]等
の単結晶の微粉末からなる層状物質層31を形成し、さ
らにこの基板30の表面上において、層状物質層31を
両脇から挟むようにして、これに接触する2つの電極3
2、33をそれぞれ設けたものとなっている。この層状
物質層31に対する酸素の侵入・放出は、この層状物質
層31の表面より行われるので、このガス交換をスムー
ズに行うことを重視して、従来では層状物質層31の上
には何もコートしないのが普通である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構造の従来の酸素センサの場合、層状物質層31
は何物にも覆われていないので、耐環境性が悪いという
問題がある。すなわち、多湿雰囲気中で使用され、極端
な場合には水滴が層状物質層31に付着したようとなと
き、この水分は層状物質層31の内部に侵入し、酸素セ
ンサとしての機能を停止させてしまう。とくに、層状物
質層31でのガス交換の効率のため、これをポーラスに
形成するときは、水分が一層内部に侵入し易く、また一
旦侵入した水分を外部に発散させることも困難である。
さらに、雑ガス中で使用する場合も、これら雑ガスが同
様に層状物質層31に付着し、その内部に侵入すること
により酸素センサとしての特性の劣化をきたすこともあ
る。
【0006】この発明は上記に鑑み、層状物質層に対す
る酸素の侵入・放出の効率を害することなく、耐環境性
の向上を図り、悪条件での使用も可能とするよう改善し
た、常温動作型酸素センサを提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による酸素センサでは、絶縁性材料の基板
の上に形成された酸素のインターカレート、ディインタ
ーカレートの可能な層状物質層を、気体透過性材料の保
護層で覆ったことが特徴となっており、この保護層によ
って、水分や雑ガスなどが層状物質層内部に侵入しない
ようにすることができる。しかも、この保護層は気体透
過性材料よりなるので、気体である酸素の流通を妨げる
ことがなく、層状物質層に対する酸素の侵入・放出の効
率が悪化することはない。
【0008】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。この発明の一実施例にかか
る酸素センサは、図1に示すように、絶縁性材料の基板
10の一表面上に層状物質層11を形成するとともに、
その層状物質層11を、基板10の一表面において、両
脇から挟むようにして接触するように、2つの電極1
2、13をその基板10の一表面上に設けたものであっ
て、さらにすくなくともその層状物質層11の表面を覆
うように、気体透過性材料の保護層14を形成したもの
である。
【0009】絶縁性材料の基板10はこの実施例では厚
さ0.7mmのアルミナ(Al■s[2■s]O■s[3■s])板
を用いている。層状物質層11は、この実施例では、C
uFeTe■s[2■s]の単結晶をブリッジマン法によって
作製した後、粉砕して微粉末とし、これをペースト状に
して基板10上に塗布し、500℃で焼成して厚さ0.
1mmに形成している。また、電極12、13は、ここ
では、銀ペースト(たとえばN.E.ケムキャット株式
会社製A278)を上記の層状物質層11の表面に塗布
し、その後、550℃、10分間の焼成を行って、厚さ
5μmに形成した。
【0010】保護層14をなす気体透過性材料として
は、ここでは東レシリコーン株式会社製のポリジメチル
シロキサン(SH−400)を用いており、これを層状
物質層11の表面に塗布している。この気体透過性材料
として、ジメチルシロキサン等を中心とするシリコーン
材料、ポリフマル酸エステル、ポリアセチレン及びその
誘導体等が好ましいが、これらに限定されるわけではな
く、気体透過性を有する材料であれば、有機、無機を問
わず使用可能である。
【0011】この酸素センサの特性を調べる実験を行っ
たところ、図2の実線で示すようなデータが得られた。
この実験は、得られた酸素センサに水滴を付着させた上
で、酸素センサの周囲の雰囲気を酸素0%(窒素)から
酸素21%へと変化させ、さらにもとの状態へと戻し、
その間の絶縁性材料の電極12と電極13の間に流れる
電流を測定することにより行い、それから電気抵抗率を
算出した。この図2から、水滴を付着させない通常時と
同様に非常に大きな抵抗率の変化が得られたことが分か
る。点線は従来の酸素センサ(図3)を用い、同様に水
滴を付着させて測定したデータである。このように従来
の酸素センサの場合は水滴を付着させると水分が層状物
質層31内に侵入し、特性が劣化している。
【0012】この実施例にかかる酸素センサにおいて良
好な結果が得られたのは、層状物質層11を気体透過性
材料の保護層14で覆っているので、水分がこの保護層
14で阻止されて層状物質層11に侵入しなかったため
であり、また、このように層状物質層11を保護層14
で覆ってもそれが気体透過性材料で形成されているので
この保護層14を通しての層状物質層11に対する酸素
の流通が阻害されなかったためである、と考えられる。
そして、保護層14の厚さをコントロールすれば、感度
の調整も可能であるし、とくに酸素透過性の良好な材料
を選定することにより高感度の酸素センサを作ることも
できる。このような保護層14を設けること自体は容易
に可能であり、製造工程を複雑化させない。
【0013】なお、上記では、層状物質としてCuFe
Te■s[2■s]を用いているが、同様に酸素に対するイン
ターカレート、ディインターカレートの可能な性質を示
す層状物質を使用することができる。たとえば、CuF
eTe■s[2■s]以外に、ZrSe■s[2■s]や、NbSe
■s[2■s]などの1種類、あるいは数種類の組合せなど
も考えられる。また、電極12、13としては白金、金
等の貴金属を用いることができる。さらに絶縁性材料の
基板10もまた上記の材料に限定されない。
【0014】
【発明の効果】以上実施例について説明したように、こ
の発明の酸素センサによれば、絶縁性材料の基板の一表
面上に形成された層状物質層を覆うように気体透過性材
料の保護層を形成しているので、層状物質層に対する酸
素の侵入・放出の効率を害することなく、耐環境性の向
上を図ることができ、この酸素センサの悪条件下での使
用も可能ならしめる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の斜視図。
【図2】抵抗率の時間的変化を示すグラフ。
【図3】従来例の斜視図。
【符号の説明】
10、30 絶縁性材料の基板 11、31 層状物質層 12,13,32,33 電極 14 保護層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年9月6日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】そこで、最近、常温動作型酸素センサとし
て、CuFeTe2などの層状物質を用いたものが研究さ
れ始めている。ここで、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などの二次元的な原
子・分子配列の層状構造を持つ物質である。この層内は
共有結合やイオン結合で原子が強く結合しているが、層
と層との間は弱いファン・デル・ワールス力で結合して
いる。このため、層状構造を破壊することなくギャップ
に、ある種の原子や分子を挿入でき、この現象をインタ
ーカレーションと呼び、このときの挿入物質をインター
カラントと呼ぶ。さらにインターカラントが可逆的に出
ていくことをディインターカレーションと呼ぶ。この層
状物質の中でCuFeTe2は、酸素のインターカレーシ
ョン、ディインターカレーションが見られ、これにより
酸素濃度に応じて電気抵抗率を変化させることができる
(木城耕一、栗焼久夫、平川一美「層状物質への酸素ガ
スインターカレーション」九州大学工学集報第62巻第
4号、平成元年8月、頁327−331)。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】従来のこの酸素センサは、図3に示すよう
に、絶縁性材料の基板30上にCuFeTe2等の単結晶
の微粉末からなる層状物質層31を形成し、さらにこの
基板30の表面上において、層状物質層31を両脇から
挟むようにして、これに接触する2つの電極32、33
をそれぞれ設けたものとなっている。この層状物質層3
1に対する酸素の侵入・放出は、この層状物質層31の
表面より行われるので、このガス交換をスムーズに行う
ことを重視して、従来では層状物質層31の上には何も
コートしないのが普通である。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】絶縁性材料の基板10はこの実施例では厚
さ0.7mmのアルミナ(Al2O3)板を用いている。層
状物質層11は、この実施例では、CuFeTe2の単結
晶をブリッジマン法によって作製した後、粉砕して微粉
末とし、これをペースト状にして基板10上に塗布し、
500℃で焼成して厚さ0.1mmに形成している。ま
た、電極12、13は、ここでは、銀ペースト(たとえ
ばN.E.ケムキャット株式会社製A278)を上記の
層状物質層11の表面に塗布し、その後、550℃、1
0分間の焼成を行って、厚さ5μmに形成した。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】なお、上記では、層状物質としてCuFe
Te2を用いているが、同様に酸素に対するインターカレ
ート、ディインターカレートの可能な性質を示す層状物
質を使用することができる。たとえば、CuFeTe2
外に、ZrSe2や、NbSe2などの1種類、あるいは数
種類の組合せなども考えられる。また、電極12、13
としては白金、金等の貴金属を用いることができる。さ
らに絶縁性材料の基板10もまた上記の材料に限定され
ない。
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

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 絶縁性材料の基板と、該基板上に形成さ
    れた酸素のインターカレート、ディインターカレートの
    可能な層状物質層と、該基板表面において上記層状物質
    層に接触するように該基板上に形成された2つの電極
    と、上記層状物質層を覆うように形成された気体透過性
    材料の保護層とからなることを特徴とする酸素センサ。
JP3217958A 1991-08-02 1991-08-02 酸素センサ Pending JPH0534305A (ja)

Priority Applications (1)

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JP3217958A JPH0534305A (ja) 1991-08-02 1991-08-02 酸素センサ

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JP3217958A JPH0534305A (ja) 1991-08-02 1991-08-02 酸素センサ

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JPH0534305A true JPH0534305A (ja) 1993-02-09

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ID=16712390

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JP3217958A Pending JPH0534305A (ja) 1991-08-02 1991-08-02 酸素センサ

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JP (1) JPH0534305A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2434647A (en) * 2006-01-13 2007-08-01 Asthma Alert Ltd Gas Concentration and Humidity Sensor
KR100943083B1 (ko) * 2007-07-19 2010-02-18 이환덕 차량용 외장 몰딩
JP2016151558A (ja) * 2015-02-19 2016-08-22 富士通株式会社 ガスセンサ

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GB2434647A (en) * 2006-01-13 2007-08-01 Asthma Alert Ltd Gas Concentration and Humidity Sensor
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