JPH08206476A - イオン選択セラミック膜 - Google Patents
イオン選択セラミック膜Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/333—Ion-selective electrodes or membranes
Abstract
(57)【要約】
【課題】 プロトン導電性の優れたイオン選択セラミッ
ク膜を提供する。 【解決手段】 このイオン選択セラミック膜は、周期表
のIIＡ族の金属Meを１つ以上ドープしたリン酸ランタニ
ドからなり、一般式Ln1-X MeX PO4 〔式中、Lnはランタ
ン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、
ユーロピウム及び／又はガドリニウムを表し、０≦Ｘ≦
０．５である〕の組成を有する。
ク膜を提供する。 【解決手段】 このイオン選択セラミック膜は、周期表
のIIＡ族の金属Meを１つ以上ドープしたリン酸ランタニ
ドからなり、一般式Ln1-X MeX PO4 〔式中、Lnはランタ
ン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、
ユーロピウム及び／又はガドリニウムを表し、０≦Ｘ≦
０．５である〕の組成を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン選択膜、特
に高温環境で使用され得るリン酸ランタンのセラミック
材料からなるプロトン導電性膜に関する。
に高温環境で使用され得るリン酸ランタンのセラミック
材料からなるプロトン導電性膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオン選択膜は、その電位がイオン性媒
体の活性度に関係し、それにさらされている電極の基本
成分である。この膜は、一般的に選択性が高く、電気抵
抗が低い合成ポリマーの有機イオン交換樹脂からなる。
体の活性度に関係し、それにさらされている電極の基本
成分である。この膜は、一般的に選択性が高く、電気抵
抗が低い合成ポリマーの有機イオン交換樹脂からなる。
【０００３】近年、セラミック材料からなるイオン選択
膜もまた幅広い分野でセンサーとして適用できることが
発見されている。センサーに使用されるセラミック材料
の電気的特性は、温度、気圧及び電気的因子の変化によ
り影響を受ける。現在、イオン導電性セラミックは、一
般的に感湿抵抗器、酸素センサーに使用され、また燃料
電池の電解質として使用される。さらに、特定のセラミ
ック材料のプロトン導電性も利用され得る。プロトン導
電性を示す公知のセラミックは、ペロブスカイト型構
造、スズ酸塩及びアパタイトのセラミックを含む。
膜もまた幅広い分野でセンサーとして適用できることが
発見されている。センサーに使用されるセラミック材料
の電気的特性は、温度、気圧及び電気的因子の変化によ
り影響を受ける。現在、イオン導電性セラミックは、一
般的に感湿抵抗器、酸素センサーに使用され、また燃料
電池の電解質として使用される。さらに、特定のセラミ
ック材料のプロトン導電性も利用され得る。プロトン導
電性を示す公知のセラミックは、ペロブスカイト型構
造、スズ酸塩及びアパタイトのセラミックを含む。
【０００４】ヨーロッパ特許５４４２８１号及び日本国
特許公報特開平３−２７６０５６号には、ペロブスカイ
ト型プロトン導電性固体電極を含むセンサー成分からな
る水素及びスチームを感知する装置が開示されている。
さらに、ストロンチウム、セリウム及びジルコニウムを
含む焼結した金属酸化物を基材とする高温水素センサー
が、日本国特許公報特開昭５９−１２５０５５号及び特
開昭６３−２９１８６８号中に説明されている。
特許公報特開平３−２７６０５６号には、ペロブスカイ
ト型プロトン導電性固体電極を含むセンサー成分からな
る水素及びスチームを感知する装置が開示されている。
さらに、ストロンチウム、セリウム及びジルコニウムを
含む焼結した金属酸化物を基材とする高温水素センサー
が、日本国特許公報特開昭５９−１２５０５５号及び特
開昭６３−２９１８６８号中に説明されている。
【０００５】公知のプロトン導電性セラミック材料の欠
点は、材料が高温腐食環境にさらされた際の内部面積の
変化及び分解にある。センサー成分として使用する場合
には、これらの材料を頻繁に再測定し、再生する必要が
ある。
点は、材料が高温腐食環境にさらされた際の内部面積の
変化及び分解にある。センサー成分として使用する場合
には、これらの材料を頻繁に再測定し、再生する必要が
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、高温環境下で高い安定性を有するイオン選択セラミ
ック膜を開発することにある。さらに、この膜は水素活
性度監視装置のセンサー成分として使用する場合の耐久
性及び信頼性も改善されなければならない。
は、高温環境下で高い安定性を有するイオン選択セラミ
ック膜を開発することにある。さらに、この膜は水素活
性度監視装置のセンサー成分として使用する場合の耐久
性及び信頼性も改善されなければならない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】モナズ石構造を有するラ
ンタン金属類のリン酸塩を基材とするセラミック材料
が、上記した要求事項を満足する特性を示すことが見出
された。従って、本発明はプロトン導電性の優れたイオ
ン選択セラミック膜であって、この膜が、モナズ石構造
を有し、周期表のIIＡ族の金属Meを１つ以上ドープした
リン酸ランタニドからなり、一般式Ln1-X MeX PO4 〔式
中、Lnはランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
ム、サマリウム、ユーロピウム及び／又はガドリニウム
を表し、０≦Ｘ≦０．５である〕の組成を有する上記膜
を提供する。
ンタン金属類のリン酸塩を基材とするセラミック材料
が、上記した要求事項を満足する特性を示すことが見出
された。従って、本発明はプロトン導電性の優れたイオ
ン選択セラミック膜であって、この膜が、モナズ石構造
を有し、周期表のIIＡ族の金属Meを１つ以上ドープした
リン酸ランタニドからなり、一般式Ln1-X MeX PO4 〔式
中、Lnはランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
ム、サマリウム、ユーロピウム及び／又はガドリニウム
を表し、０≦Ｘ≦０．５である〕の組成を有する上記膜
を提供する。
【０００８】本発明に使用されるセラミック材料の製造
は、一般的なセラミック処理方法によって実施される。
この方法は、ランタンの可溶性塩及び任意のドープ剤の
水溶液からリン酸ランタンを共沈させ、沈澱物を濾過
し、乾式プレス、押出又は射出成形により膜の構成要素
を形成し、１４００℃までの空気中で焼結させることに
よって実施される。
は、一般的なセラミック処理方法によって実施される。
この方法は、ランタンの可溶性塩及び任意のドープ剤の
水溶液からリン酸ランタンを共沈させ、沈澱物を濾過
し、乾式プレス、押出又は射出成形により膜の構成要素
を形成し、１４００℃までの空気中で焼結させることに
よって実施される。
【０００９】焼結したリン酸ランタニドのセラミック材
料は、熱膨張率が約９．８・１０-6／℃である１３００
℃までの空気中、溶融金属のような腐食環境下、酸化性
雰囲気下又は減圧下において安定である。この材料の電
気伝導度は、該環境における温度及びプロトン活性度に
比例する。この材料の導電性は、部分的に電子孔又は酸
素空位のような本来の効果にあり、そして部分的にセラ
ミック構造の欠点に基づきドープした材料中のプロトン
に起因し、ここで、プロトンは水素含有環境下で受容体
置換基を補う。
料は、熱膨張率が約９．８・１０-6／℃である１３００
℃までの空気中、溶融金属のような腐食環境下、酸化性
雰囲気下又は減圧下において安定である。この材料の電
気伝導度は、該環境における温度及びプロトン活性度に
比例する。この材料の導電性は、部分的に電子孔又は酸
素空位のような本来の効果にあり、そして部分的にセラ
ミック構造の欠点に基づきドープした材料中のプロトン
に起因し、ここで、プロトンは水素含有環境下で受容体
置換基を補う。
【００１０】従って、この材料は、相違する環境におけ
る相対的な湿度又は水素濃度の変化を監視するためのセ
ンサー成分として有用である。さらに、この材料の導電
度は、ドープ剤金属及び温度に従う。マグネシウム、カ
ルシウム、ストロンチウム又はバリウムをドープしたリ
ン酸ランタニドのセラミック材料は、類似した条件下に
おける純粋なリン酸ランタンと比較して優れた導電性を
示す。さらに、ドープした材料の導電度は、材料中のド
ープ剤の濃度により測定される。
る相対的な湿度又は水素濃度の変化を監視するためのセ
ンサー成分として有用である。さらに、この材料の導電
度は、ドープ剤金属及び温度に従う。マグネシウム、カ
ルシウム、ストロンチウム又はバリウムをドープしたリ
ン酸ランタニドのセラミック材料は、類似した条件下に
おける純粋なリン酸ランタンと比較して優れた導電性を
示す。さらに、ドープした材料の導電度は、材料中のド
ープ剤の濃度により測定される。
【００１１】導電性及び安定性の優れたドープした材料
は、２〜１０原子％の濃度で上記したドープ剤を用いて
得られる。
は、２〜１０原子％の濃度で上記したドープ剤を用いて
得られる。
【００１２】
【実施例】上記した本発明について好ましい態様を示し
た以下の例によってさらに詳しく説明する。 例 ５原子％のカルシウム又はストロンチウムでドープした
リン酸ランタンのサンプルを(NH4)2HPO4、La(NO3)3・6H
2O及びSr(NO3)2又はCa(NO3)2の０．２Ｍ水溶液から共沈
させて製造した。
た以下の例によってさらに詳しく説明する。 例 ５原子％のカルシウム又はストロンチウムでドープした
リン酸ランタンのサンプルを(NH4)2HPO4、La(NO3)3・6H
2O及びSr(NO3)2又はCa(NO3)2の０．２Ｍ水溶液から共沈
させて製造した。
【００１３】ここで得られる水性スラリーを濾過し、乾
燥し、焼成してセラミック粉末を得た。その後の製造段
階において、この粉末を２４時間微粉砕した。その後、
この粉末を１９００ｂａｒでコールドプレスし、しら地
にした。このしら地を約１２００〜１３００℃の空気中
で焼結した。
燥し、焼成してセラミック粉末を得た。その後の製造段
階において、この粉末を２４時間微粉砕した。その後、
この粉末を１９００ｂａｒでコールドプレスし、しら地
にした。このしら地を約１２００〜１３００℃の空気中
で焼結した。
【００１４】焼結した素地の電気伝導度を、１１００℃
までの乾燥及び湿潤空気中で測定した。
までの乾燥及び湿潤空気中で測定した。
【００１５】図１に、La0.95Sr0.05PO4 の組成式を有す
るSrでドープされたLaPO4 からなるサンプル膜のプロト
ン導電度を示す。この導電度は、p(H2O)の作用により８
００℃で測定する。図１から、この導電度が、大気中の
蒸気圧の上昇と共に上昇することが確認できる。
るSrでドープされたLaPO4 からなるサンプル膜のプロト
ン導電度を示す。この導電度は、p(H2O)の作用により８
００℃で測定する。図１から、この導電度が、大気中の
蒸気圧の上昇と共に上昇することが確認できる。
【００１６】図２は、６００〜１２００℃の温度範囲に
おける異なる温度（１／Ｔ°Ｋ）の乾燥空気中（□）及
び２％H2O の空気中（○）で上記のドープしたリン酸ラ
ンタンを用いて得られる導電度の測定結果を示す。
おける異なる温度（１／Ｔ°Ｋ）の乾燥空気中（□）及
び２％H2O の空気中（○）で上記のドープしたリン酸ラ
ンタンを用いて得られる導電度の測定結果を示す。
【図１】 サンプル膜のプロトン導電度を示したもので
ある。
ある。
【図２】 異なる温度（１／Ｔ°Ｋ）の乾燥空気中
（□）及び２％H2O の空気中（○）でドープしたリン酸
ランタンを用いて得られる導電度の測定結果を示すもの
である。
（□）及び２％H2O の空気中（○）でドープしたリン酸
ランタンを用いて得られる導電度の測定結果を示すもの
である。
Claims (4)
- 【請求項１】 プロトン導電性の優れたイオン選択セラ
ミック膜であって、この膜が、モナズ石構造を有し、周
期表のIIＡ族の金属Meを１つ以上ドープしたリン酸ラン
タニドからなり、一般式Ln1-X MeX PO4 〔式中、Lnはラ
ンタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウ
ム、ユーロピウム及び／又はガドリニウムを表し、０≦
Ｘ≦０．５である〕の組成を有することを特徴とする上
記イオン選択セラミック膜。 - 【請求項２】 周期表のIIＡ族の金属Meが、マグネシウ
ム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムの少なく
とも１つからなることを特徴とする請求項１に記載のイ
オン選択セラミック膜。 - 【請求項３】 リン酸ランタニドが、周期表のIIＡ族の
金属を２〜１０原子％ドープされていることを特徴とす
る請求項１又は２に記載のイオン選択セラミック膜。 - 【請求項４】 請求項１〜４のいずれかに記載のイオン
選択セラミック膜を水素及び／又は湿度検出装置のセン
サー成分として使用する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK095394A DK171537B1 (da) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | Ionselektiv keramisk membran og anvendelse heraf |
| DK0953/94 | 1994-08-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08206476A true JPH08206476A (ja) | 1996-08-13 |
| JP3471132B2 JP3471132B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=8099369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20720095A Expired - Lifetime JP3471132B2 (ja) | 1994-08-17 | 1995-08-14 | イオン選択性セラミック膜 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5632874A (ja) |
| EP (1) | EP0697594B1 (ja) |
| JP (1) | JP3471132B2 (ja) |
| AU (1) | AU688069B2 (ja) |
| CA (1) | CA2152651C (ja) |
| DE (1) | DE69531979T2 (ja) |
| DK (1) | DK171537B1 (ja) |
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