JPH08271467A - Nitrogen oxide sensor - Google Patents

Nitrogen oxide sensor

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Publication number
JPH08271467A
JPH08271467A JP7302395A JP7302395A JPH08271467A JP H08271467 A JPH08271467 A JP H08271467A JP 7302395 A JP7302395 A JP 7302395A JP 7302395 A JP7302395 A JP 7302395A JP H08271467 A JPH08271467 A JP H08271467A
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JP
Japan
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gas
nitrogen oxide
formula
oxide sensor
electrode
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Pending
Application number
JP7302395A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsunobu Wakata
光延 若田
Ayumi Nozaki
歩 野崎
Hidefusa Uchikawa
英興 内川
Takashi Yoshida
吉田  隆
Katsuaki Yasui
克明 安井
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH08271467A publication Critical patent/JPH08271467A/en
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  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a highly reliable NOX gas sensor having stabilized detection characteristics in which no noise is produced even if gas components of HC, CO, etc., are present in the detection environment by disposing the electrode at a section for detecting a gas principally comprising a composite oxide represented by a specified formula. CONSTITUTION: An electrode 2 is disposed at a section 1 for detecting a gas principally comprising a composite oxide represented by a formula; Bi2+x (Sr1-a Caa )2-x-y-b LnyCu1+b O2 (where, Ln is a rare earth metal, 0<=x<=0.5, 0<=x+y<=1, 0<=a<=1, -0.1<=b<=x/2, z>=6), and a heater 4 is disposed on the rear surface. Almost all rare earth metal can be employed including La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Yb, Lu and Y. The composite oxide exhibits electric conductivity equivalent to that of metal at 350 deg.C or above. It is practically operated at 200-500 deg.C by normally heated by means of a heater 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、大気中または排出ガス
中などに含まれる窒素酸化物を検出する窒素酸化物セン
サに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitrogen oxide sensor for detecting nitrogen oxide contained in the atmosphere or exhaust gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】排出ガス中の窒素酸化物を検出するガス
センサの一例として、特開平3−13854号公報に開
示されている窒素酸化物ガス(以下、NOxガスという
こともある)検知素子があげられる。このNOxガス検
知素子を用いたNOxガスセンサの平面図を図25に示
す。図25において、32は加熱ヒーター、33は加熱
ヒーター用リード線、34は前記加熱ヒーター32の上
に固着するガス検知部、35は前記ガス検知部34の両
端部に形成する電極、36は前記電極35から引き出さ
れるリード線である。
2. Description of the Related Art As an example of a gas sensor for detecting nitrogen oxides in exhaust gas, a nitrogen oxide gas (hereinafter sometimes referred to as NO x gas) detecting element disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-13854 is disclosed. can give. FIG. 25 shows a plan view of a NO x gas sensor using this NO x gas detection element. In FIG. 25, 32 is a heater, 33 is a lead wire for a heater, 34 is a gas detector fixed on the heater 32, 35 is an electrode formed at both ends of the gas detector 34, and 36 is the electrode. It is a lead wire drawn from the electrode 35.

【0003】ガス検知部34は、たとえばTiO2に微
量のAlなどを添加して焼結された化合物である半導体
からなり、加熱ヒーター用リード線33を通じて加熱ヒ
ーター32に規定のDC電圧を印加して、ガス検知部3
4の表面温度が400℃程度に設定しうるように構成さ
れている。ガス検知部34の表面にガス分子が物理的に
吸着すると吸着量に応じて抵抗が変化し、電極用リード
線36から出力電圧が取り出され、この電圧により前記
吸着量が判るので、この検知素子によりガス分子の濃度
を測定しうる。
The gas detector 34 is made of, for example, a semiconductor which is a compound obtained by adding a small amount of Al or the like to TiO 2 and sintering it, and applies a specified DC voltage to the heater 32 through the heater lead wire 33. Gas detector 3
The surface temperature of No. 4 can be set to about 400 ° C. When gas molecules are physically adsorbed on the surface of the gas detection unit 34, the resistance changes according to the adsorption amount, and an output voltage is taken out from the electrode lead wire 36. The adsorption amount is known from this voltage. Can measure the concentration of gas molecules.

【0004】特開平3−13854号公報には、従来の
半導体式NOxガス検知素子は、排出ガス成分中のNOx
のみに反応し、共存ガス成分である炭化水素(以下、H
Cということもある)、一酸化炭素(以下、COという
こともある)などのガスにほとんど反応せず、この共存
ガス成分の影響を受けない、すなわちノイズにならない
ことが記載されている。
[0004] Japanese Patent Laid-Open No. 3-13854, a conventional semiconductor type NO x gas sensing element, NO x in the exhaust gas components
Hydrocarbons (hereinafter, H
It is described that it hardly reacts with a gas such as C) or carbon monoxide (hereinafter sometimes referred to as CO) and is not affected by the coexisting gas component, that is, does not become noise.

【0005】しかしながら、本発明者らにより前記NO
x検知素子を詳細に評価したところ、HCまたはCOの
存在によりガス検知素子の抵抗率が変化することが判っ
た(比較例1にて詳細に説明する)。
However, according to the present inventors, the NO
When the x sensing element was evaluated in detail, it was found that the resistivity of the gas sensing element changed due to the presence of HC or CO (described in detail in Comparative Example 1).

【0006】前記のようにHCやCOなどの共存ガスの
影響を受けずに、高精度にNOxを検出できるセンサが
なかった。
As described above, there is no sensor that can detect NO x with high accuracy without being affected by coexisting gases such as HC and CO.

【0007】従来のNOxガス検出センサにおけるNOx
ガス検出素子は、たとえばNOなどのNOx環境内にお
ける共存ガスHC、COの有無により、抵抗特性は大幅
に変動し、とくに排出ガス処理システムに本センサを付
加したばあい、誤動作を生じて大事を招くことがあると
いう問題がある。
Conventional of the NO x gas detection sensor in NO x
The resistance characteristic of the gas detection element varies significantly depending on the presence or absence of coexisting gases HC and CO in a NO x environment such as NO. Especially, when this sensor is added to the exhaust gas treatment system, malfunction occurs, which is important. There is a problem that it may invite.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の点を
鑑みてなされたものであり、NOx検出環境内にHC、
COなどのガス成分が共存しても、この共存するガス成
分がノイズとならず、NOxガス検知特性が安定してお
り、信頼性の高いNOxガス検知素子を備えた窒素酸化
物センサを提供することを目的とする。
The present invention 0005] has been made in view of the points of the, HC on detected NO x environment,
Even if a gas component such as CO coexists, the coexisting gas component does not become noise, the NO x gas detection characteristic is stable, and a nitrogen oxide sensor equipped with a highly reliable NO x gas detection element is provided. The purpose is to provide.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、式(I): Bi2+x(Sr1-aCaa2-x-y-bLnyCu1+bz (I) (式中、Lnは希土類金属であり、x、y、z、aおよ
びbはつぎの関係式をみたすものである:0≦x≦0.
5、0≦x+y≦1、0≦a≦1、−0.1≦b≦x/
2、z≧6)により表わされる複合酸化物を主成分とす
るガス検知部と、該検知部に設けられた電極とを備える
窒素酸化物センサに関する。
The present invention provides a compound represented by the formula (I): Bi 2 + x (Sr 1-a Ca a ) 2-xyb Ln y Cu 1 + b O z (I) (wherein Ln is It is a rare earth metal, and x, y, z, a and b satisfy the following relational expression: 0 ≦ x ≦ 0.
5, 0 ≦ x + y ≦ 1, 0 ≦ a ≦ 1, −0.1 ≦ b ≦ x /
The present invention relates to a nitrogen oxide sensor provided with a gas detecting section containing a complex oxide represented by 2, z ≧ 6) as a main component and an electrode provided in the detecting section.

【0010】また、本発明は、式(II): Bi2Sr2-yNdyCuOz (II) (式中、yおよびzはつぎの関係式をみたすものであ
る:0<y<1、z≧6)により表わされる組成物を主
成分とするガス検知部と、該検知部に設けられた電極と
を備える窒素酸化物センサに関する。
The present invention also has the formula (II): Bi 2 Sr 2-y Nd y CuO z (II) (where y and z satisfy the following relational expression: 0 <y <1, The present invention relates to a nitrogen oxide sensor including a gas detecting section containing a composition represented by z ≧ 6) as a main component and an electrode provided in the detecting section.

【0011】また、本発明は、式(III): Bi2Sr2-y+aLayCu1-bz (III) (式中、y、zおよびaはつぎの関係式をみたすもので
ある:0<y≦1.2、0≦a≦0.2、0≦b≦0.
2、z≧6)により表わされる組成物を主成分とするガ
ス検知部と、該検知部に設けられた電極とを備える窒素
酸化物センサに関する。
The present invention also provides the formula (III): Bi 2 Sr 2-y + a La y Cu 1-b O z (III) (wherein y, z and a satisfy the following relational expressions): Yes: 0 <y ≦ 1.2, 0 ≦ a ≦ 0.2, 0 ≦ b ≦ 0.
The present invention relates to a nitrogen oxide sensor including a gas detection section containing a composition represented by 2, z ≧ 6) as a main component and an electrode provided in the detection section.

【0012】また、本発明は、式(IV): Bi2Sr2-x2+xCu2z (IV) (式中、xは0またはつぎの関係式:0.15≦x≦
0.3をみたすものであり、x=0のばあい、Mはつぎ
の関係式:M=Ln’1-yy(式中、Ln’はPr、N
d、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Y、Ho、Erま
たはTmであり、XはCeまたはThであり、yはつぎ
の関係式:0.1≦y≦0.4をみたすものである)を
みたすもの、またはつぎの関係式:M=Nd1-yy(式
中、yはつぎの関係式:0<y≦0.24をみたすもの
である)をみたすもの、もしくはMはGdまたはPrで
あり、zはつぎの関係式:z≧10をみたすものであ
り、xがつぎの関係式:0.15≦x≦0.3をみたす
ものであるばあい、Mはつぎの関係式:M=Ln1-y
y(式中、LnはDy、Gd、EuまたはSmであ
り、yはつぎの関係式:0.15≦y≦0.2をみたす
ものである)をみたすものであり、zはつぎの関係式:
z≧10をみたすものである)により表わされる複合酸
化物を主成分とするガス検知部と、該検知部に設けられ
た電極とを備える窒素酸化物センサに関する。
The present invention also provides the formula (IV): Bi 2 Sr 2-x M 2 + x Cu 2 O z (IV) (where x is 0 or the following relational expression: 0.15 ≦ x ≦
In the case of x = 0, M satisfies the following relational expression: M = Ln ′ 1-y X y (where Ln ′ is Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y, Ho, Er or Tm, X is Ce or Th, and y satisfies the following relational expression: 0.1 ≦ y ≦ 0.4. ), Or the following relational expression: M = Nd 1-y Y y (where y is the following relational expression: 0 <y ≦ 0.24), or M is Gd Or Pr, z satisfies the following relational expression: z ≧ 10, and x satisfies the following relational expression: 0.15 ≦ x ≦ 0.3, M is the following relational expression: M = Ln 1-y L
a y (where Ln is Dy, Gd, Eu, or Sm, y is the following relational expression: 0.15 ≦ y ≦ 0.2), and z is the following relational expression: :
The present invention relates to a nitrogen oxide sensor provided with a gas detection section mainly composed of a complex oxide represented by z ≧ 10) and an electrode provided in the detection section.

【0013】また、本発明は、前記ガス検知部に含まれ
る前記式(I)または式(IV)で表わされる複合酸化
物、もしくは前記式(II)または式(III)で表わされ
る組成物が使用温度以上で金属的な電気伝導を示す窒素
酸化物センサに関する。
The present invention also provides a composite oxide represented by the formula (I) or formula (IV) or a composition represented by the formula (II) or formula (III) contained in the gas detector. The present invention relates to a nitrogen oxide sensor which exhibits metallic electric conductivity at a temperature higher than a use temperature.

【0014】また、本発明は、前記ガス検知部に含まれ
る前記式(I)または式(IV)で表わされる複合酸化
物、もしくは前記(II)または(III)で表わされる組
成物の含有率が体積比で25%以上である窒素酸化物検
出センサに関する。
In the present invention, the content of the complex oxide represented by the above formula (I) or (IV) or the composition represented by the above (II) or (III) contained in the above gas detector. Relates to a nitrogen oxide detection sensor having a volume ratio of 25% or more.

【0015】また、本発明は、前記ガス検知部に含まれ
る前記式(I)または式(IV)で表わされる複合酸化
物、もしくは前記(II)または(III)で表わされる組
成物を構成する金属元素のほかに含まれるAl元素が1
重量%未満である窒素酸化物センサに関する。
The present invention also constitutes the complex oxide represented by the formula (I) or (IV) or the composition represented by the (II) or (III) contained in the gas detection section. Al element contained in addition to metal element is 1
It relates to a nitrogen oxide sensor which is less than wt%.

【0016】また、本発明は、前記ガス検知部に含まれ
る前記式(I)または式(IV)で表わされる複合酸化
物、もしくは前記(II)または(III)で表わされる組
成物を構成する金属元素のほかに含まれるPb元素が5
重量%以下である窒素酸化物センサに関する。
The present invention also constitutes the complex oxide represented by the formula (I) or (IV) or the composition represented by the (II) or (III) contained in the gas detecting section. Pb element contained in addition to metal element is 5
It relates to a nitrogen oxide sensor which is less than or equal to wt%.

【0017】また、本発明は、前記ガス検知部に、前記
式(I)または式(IV)で表わされる複合酸化物、もし
くは前記式(II)または式(III)で表わされる組成物
と反応しない絶縁体材料が混合されている窒素酸化物セ
ンサに関する。
In the present invention, the gas detection section is reacted with the complex oxide represented by the formula (I) or (IV), or the composition represented by the formula (II) or (III). It relates to a nitrogen oxide sensor in which an insulating material is mixed.

【0018】また、本発明は、前記絶縁体材料がMgO
またはSrTiO3である窒素酸化物センサに関する。
In the present invention, the insulator material is MgO.
Alternatively, it relates to a nitrogen oxide sensor which is SrTiO 3 .

【0019】また、本発明は、前記ガス検知部がバルク
状の薄板形状であり、前記電極が耐酸化性および耐腐食
性を有する素材により形成されている窒素酸化物検出セ
ンサに関する。
The present invention also relates to a nitrogen oxide detection sensor in which the gas detection section is in the form of a bulky thin plate, and the electrodes are made of a material having oxidation resistance and corrosion resistance.

【0020】また、本発明は、前記ガス検知部が膜状で
あり、前記電極が耐酸化性および耐腐食性を有する素材
により形成されている窒素酸化物センサに関する。
The present invention also relates to a nitrogen oxide sensor in which the gas detecting portion is in the form of a film and the electrodes are made of a material having oxidation resistance and corrosion resistance.

【0021】また、本発明は、前記電極が2極の電極か
らなる窒素酸化物センサに関する。
The present invention also relates to a nitrogen oxide sensor in which the electrodes are bipolar electrodes.

【0022】また、本発明は、前記電極が、電圧を印加
して電流を流す1対の電極と、該1対の電極の間に位置
し、電極間の電圧を検出するための別の1対の電極とか
らなる窒素酸化物センサに関する。
In the present invention, the electrode is located between a pair of electrodes to which a voltage is applied and a current is passed, and another pair of electrodes for detecting a voltage between the electrodes. A nitrogen oxide sensor consisting of a pair of electrodes.

【0023】また、本発明は、前記ガス検知部を加熱す
るための加熱ヒータが設けられている窒素酸化物センサ
に関する。
The present invention also relates to a nitrogen oxide sensor provided with a heater for heating the gas detecting section.

【0024】また、本発明は、前記ガス検知部の近傍ま
たは表面に触媒フィルタが設けられている窒素酸化物セ
ンサに関する。
The present invention also relates to a nitrogen oxide sensor provided with a catalyst filter near or on the surface of the gas detecting section.

【0025】また、本発明は、前記ガス検知部の内部ま
たは表面に白金族金属の微粒子が分散または担持されて
いる窒素酸化物センサに関する。
The present invention also relates to a nitrogen oxide sensor in which fine particles of a platinum group metal are dispersed or carried inside or on the surface of the gas detecting section.

【0026】また、本発明は、前記白金族金属がPtま
たはPdである窒素酸化物センサに関する。
The present invention also relates to a nitrogen oxide sensor in which the platinum group metal is Pt or Pd.

【0027】[0027]

【作用】本発明者らは、Bi−2201相を有する化合
物およびBi−2222相を有する化合物がNOxガス
に対する選択的な感知特性を有する点に着目し、これら
の化合物からなるガス検知部を有する窒素酸化物センサ
を発明するに至った。
The present inventors have paid attention to the fact that the compound having the Bi-2201 phase and the compound having the Bi-2222 phase have selective sensing characteristics for NO x gas, and the gas detecting section made of these compounds is used. He has invented a nitrogen oxide sensor having the same.

【0028】本発明の窒素酸化物センサのガス検知部に
用いられる前記式(I)または(IV)で表わされる複合
酸化物、もしくは前記式(II)または式(III)で表わ
される組成物は、少なくとも350℃程度以上の温度で
金属的な電気電導度を示す。
The composite oxide represented by the above formula (I) or (IV), or the composition represented by the above formula (II) or (III) used in the gas detecting portion of the nitrogen oxide sensor of the present invention is It exhibits a metallic electric conductivity at a temperature of at least about 350 ° C.

【0029】ここで、350℃程度以上の温度とは前記
複合酸化物または前記組成物の窒素酸化物センサとして
の実質的な使用温度を含む温度であり、この複合酸化物
またはこの組成物からなる窒素酸化物センサは通常20
0〜500℃の温度(使用温度)で使用される。
Here, the temperature of about 350 ° C. or higher is a temperature including a substantial use temperature of the composite oxide or the composition as a nitrogen oxide sensor, and is composed of the composite oxide or the composition. Nitrogen oxide sensor is usually 20
It is used at a temperature of 0 to 500 ° C. (use temperature).

【0030】また、「金属的な電気伝導度」とは電気抵
抗率が温度の上昇に従って単調に上昇する特性をいう
(以下、金属的な電気伝導度を示すものを単に金属とい
うこともある。一方、非金属的な電気伝導度を示すもの
を単に非金属ということもある)。ガス検知部に用いら
れる複合酸化物または組成物は後述するように金属から
非金属へ転移する際に急激な抵抗率の上昇を伴う現象を
利用するため、金属的な電気伝導度を有することが好ま
しい。
"Metallic electrical conductivity" refers to the characteristic that the electrical resistivity monotonically increases as the temperature rises (hereinafter, the one having metallic electrical conductivity may be simply referred to as metal. On the other hand, sometimes it is simply non-metal that shows non-metallic electrical conductivity). Since the complex oxide or composition used in the gas detection part utilizes a phenomenon accompanied by a rapid increase in resistivity when transitioning from a metal to a non-metal as described later, it may have metallic electric conductivity. preferable.

【0031】本発明における複合酸化物とは、式(I)
または式(IV)で表わされる組成の単一相の材料のこと
をいい、また、本発明における組成物とは本発明におけ
る複合酸化物を主成分とし、同定できない不純物相を含
むが、全体の組成が式(II)または式(III)で表わさ
れる組成と一致する多相材料のことをいい、構成する金
属元素の酸化物、炭酸塩、水酸化物、硝酸塩またはシュ
ウ酸塩などの原料を用い、金属元素のモル比が式
(I)、式(II)、式(III)または式(IV)で表わさ
れる目的とする複合酸化物または組成物の組成中の金属
元素の比と一致するように秤量、混合およびプレス成形
したのちに、適宜の酸素分圧の雰囲気中、適宜の温度お
よび時間で熱処理する方法により作製しうる。
The complex oxide in the present invention has the formula (I)
Alternatively, it means a single-phase material having a composition represented by the formula (IV), and the composition of the present invention is mainly composed of the complex oxide of the present invention and contains an unidentifiable impurity phase, but It refers to a multiphase material whose composition matches the composition represented by formula (II) or formula (III), and includes raw materials such as constituent metal oxides, carbonates, hydroxides, nitrates or oxalates. The molar ratio of the metal elements used is the same as the ratio of the metal elements in the composition of the target complex oxide or composition represented by formula (I), formula (II), formula (III) or formula (IV). After weighing, mixing and press-forming as described above, it can be produced by a method of heat-treating at an appropriate temperature and time in an atmosphere of an appropriate oxygen partial pressure.

【0032】前記式(I)または式(IV)で表わされる
いわゆるBi−2201相複合酸化物またはBi−22
22相複合酸化物、もしくは前記式(II)または(II
I)により表わされるいわゆるBi−2201相複合酸
化物を主成分とする組成物を主成分として構成されたガ
ス検知部に窒素酸化物が物理吸着するとBi−2201
相複合酸化物またはBi−2222相複合酸化物の電気
伝導を担っているキャリヤであるホールが奪われる。
The so-called Bi-2201 phase composite oxide or Bi-22 represented by the above formula (I) or formula (IV)
22-phase complex oxide, or the above formula (II) or (II
When a nitrogen oxide is physically adsorbed on a gas detection part composed mainly of a composition mainly composed of a so-called Bi-2201 phase composite oxide represented by I), Bi-2201
Holes, which are carriers responsible for electric conduction of the phase composite oxide or the Bi-2222 phase composite oxide, are deprived.

【0033】前記の「ホール」とは、電子と同じ大きさ
であるが、逆の符号、すなわち正の電荷を持つ伝導キャ
リヤのことをいう。またこのホールの密度のことをホー
ル濃度という。
The above-mentioned "hole" refers to a conductive carrier having the same size as an electron but having the opposite sign, that is, a positive charge. The hole density is called the hole concentration.

【0034】ここで、Bi−2201相とは、理想的に
はBiO面/BiO面/SrO面/CuO2面/SrO
面を周期とした積層構造を持つ相(理想的な組成はBi
2Sr2CuO6)をいい、Bi−2222相とは、理想
的にはBiO面/BiO面/SrO面/CuO2面/M
面/O2面/M面/CuO2面/SrO面(Mは3価ない
し4価の金属)を周期とした積層構造を持つ相(理想的
な組成はBi2Sr22Cu210)をいう。
Here, the Bi-2201 phase ideally means BiO face / BiO face / SrO face / CuO 2 face / SrO.
Phase with a layered structure with the plane as the period (ideal composition is Bi
2 Sr 2 CuO 6 ), and the Bi-2222 phase ideally means BiO face / BiO face / SrO face / CuO 2 face / M
Surface / O 2 surface / M surface / CuO 2 plane / SrO plane (M is a trivalent to tetravalent metal) is a phase (ideal composition having a layered structure in which a periodic Bi 2 Sr 2 M 2 Cu 2 O 10 ).

【0035】前記のBi−2201相複合酸化物または
Bi−2222相複合酸化物ではホール濃度(nH)が
減少すると抵抗率が上昇し、臨界濃度(nC)以下にな
ると非金属(非金属的な状態)に転移する。気相中の窒
素酸化物の濃度に応じて前記複合酸化物または前記組成
物からなるガス検知部に物理的に吸着する窒素酸化物の
量が変化(増加)し、それにともなって、前記のBi−
2201相複合酸化物またはBi−2222相複合酸化
物のホール濃度が変化(減少)し抵抗率が変化(上昇)
することによって窒素酸化物の濃度を測定しうる。ま
た、HC、COなどの共存ガス成分に対してはBi−2
201相複合酸化物またはBi−2222相複合酸化物
において物理的な吸着が起こりにくく、ホール濃度がほ
とんど変化しない。したがって、このガス検知部は気相
中の窒素酸化物の濃度のみにより抵抗率変化が起こり、
この抵抗率変化をガス検知部に備えられた電極により検
出できるので、窒素酸化物に対して選択的なガス検知能
力を示し、窒素酸化物を検出するセンサとして充分な機
能を有しうる。
In the Bi-2201 phase composite oxide or the Bi-2222 phase composite oxide, the resistivity increases as the hole concentration (n H ) decreases, and the non-metal (non-metal) concentration decreases as the critical concentration (n C ) or less decreases. State). The amount of nitrogen oxides physically adsorbed on the gas detection part made of the composite oxide or the composition changes (increases) according to the concentration of nitrogen oxides in the gas phase. −
The hole concentration of 2201 phase composite oxide or Bi-2222 phase composite oxide changes (decreases) and the resistivity changes (increases).
By doing so, the concentration of nitrogen oxides can be measured. Also, for coexisting gas components such as HC and CO, Bi-2
Physical adsorption hardly occurs in the 201-phase composite oxide or the Bi-2222-phase composite oxide, and the hole concentration hardly changes. Therefore, in this gas detector, the resistivity change occurs only by the concentration of nitrogen oxides in the gas phase,
Since this change in resistivity can be detected by the electrode provided in the gas detection unit, it exhibits a gas detection ability selective to nitrogen oxides and can have a sufficient function as a sensor for detecting nitrogen oxides.

【0036】本発明に用いうる複合酸化物としては、式
(I): Bi2+x(Sr1-aCaa2-x-y-bLnyCu1+bz (I) (式中、Lnは希土類金属であり、x、y、z、aおよ
びbはつぎの関係式をみたすものである:0≦x≦0.
5、0≦x+y≦1、0≦a≦1、−0.1≦b≦x/
2、z≧6)により表わされる複合酸化物があげられ
る。
The complex oxide usable in the present invention is represented by the formula (I): Bi 2 + x (Sr 1-a Ca a ) 2-xyb Ln y Cu 1 + b O z (I) (wherein Ln Is a rare earth metal, and x, y, z, a and b satisfy the following relational expressions: 0 ≦ x ≦ 0.
5, 0 ≦ x + y ≦ 1, 0 ≦ a ≦ 1, −0.1 ≦ b ≦ x /
2, a complex oxide represented by z ≧ 6).

【0037】前記希土類金属としては、La、Ce、P
r、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Y
b、LuおよびYなどほとんどすべての希土類元素があ
げられる。
As the rare earth metal, La, Ce, P
r, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Y
Almost all rare earth elements such as b, Lu and Y can be mentioned.

【0038】また、前記x、y、x、aおよびbの関係
においてxが0未満またはxが0.5を超えると相の構
造が不安定になり、また、x+yが0未満であると相の
構造が不安定になり、一方、x+yが1を超えるとホー
ル濃度が低過ぎて非金属に近くなり、bが−0.1未満
またはbがx/2を超えると相の構造が不安定になる。
zが6に近づくとホール濃度が低くなり非金属に近くな
る。zの値は製造中における酸素分圧により変わり、こ
の値が大きい程ホール濃度が高くなるが、製造の面から
上限が6.6程度であり、これを超えるものを製造する
ためには高酸素圧力下での製造が必要である。
Further, in the above relation of x, y, x, a and b, when x is less than 0 or x exceeds 0.5, the structure of the phase becomes unstable, and when x + y is less than 0, the phase becomes unstable. Structure becomes unstable, on the other hand, when x + y exceeds 1, the hole concentration becomes too low and becomes close to a non-metal, and when b is less than -0.1 or b exceeds x / 2, the phase structure is unstable. become.
When z approaches 6, the hole concentration becomes low and it becomes close to non-metal. The value of z changes depending on the oxygen partial pressure during production, and the higher this value, the higher the hole concentration. However, from the viewpoint of production, the upper limit is about 6.6. Manufacture under pressure is required.

【0039】この複合酸化物の好ましい具体例として、
たとえばBi2.2Sr1.75Cu1.05z(zは未測定)ま
たはBi2Sr1.2Nd0.8CuOz(zは未測定)などが
あげられる。
As a preferred specific example of this composite oxide,
Examples thereof include Bi 2.2 Sr 1.75 Cu 1.05 O z (z is not measured) or Bi 2 Sr 1.2 Nd 0.8 CuO z (z is not measured).

【0040】これらの複合酸化物は構成金属元素の酸化
物または炭酸塩などの粉末材料を秤量、混合、プレス成
形および熱処理する方法(以下、この方法をセラミック
プロセスということもある)などによりえることができ
る。
These complex oxides can be obtained by a method of weighing, mixing, press-molding and heat-treating a powder material such as an oxide or carbonate of a constituent metal element (hereinafter, this method may be referred to as a ceramic process). You can

【0041】また、本発明に用いうる組成物としては、
式(II): Bi2Sr2-yNdyCuOz (II) (式中、yおよびzはつぎの関係式をみたすものであ
る:0<y<1、z≧6)により表わされる組成物があ
げられる。
The composition which can be used in the present invention includes
Formula (II): Bi 2 Sr 2 -y Nd y CuO z (II) ( wherein, is intended to satisfy a relational expression of y and z Hatsugi: 0 <y <1, z ≧ 6) with a composition represented Can be given.

【0042】前記のyおよびzの関係において、yが0
以下であるとNdがこの組成物に含まれないことにな
り、2201相が生成しにくくなり、一方yが1以上で
あるとホール濃度が低過ぎて非金属となり、また、zが
6に近づくとホール濃度が低くなり非金属に近くなる。
また、この組成物は多相の混合物なのでzの上限はとく
に定められない。
In the above relation of y and z, y is 0
If it is less than this, Nd is not contained in this composition, and it becomes difficult to form 2201 phase. On the other hand, if y is 1 or more, the hole concentration is too low to be non-metallic, and z approaches 6. And the hole concentration becomes low and it becomes close to non-metal.
Since this composition is a multiphase mixture, the upper limit of z is not specified.

【0043】この複合酸化物の好ましい具体例として、
たとえばBi2Sr1.6Nd0.6CuOzがあげられ、これ
はBi−2201相を主成分とし、Bi17Sr16Cu7
zなどの不純物が含まれるばあいと、Bi−2201
相の単一相となるばあいがある。
As a preferred specific example of this composite oxide,
For example, Bi 2 Sr 1.6 Nd 0.6 CuO z can be cited, which contains Bi-2201 phase as a main component and Bi 17 Sr 16 Cu 7
When impurities such as O z are contained, Bi-2201
There may be a single phase.

【0044】これらの組成物は、前者の(不純物が含ま
れる)ばあいセラミックプロセスでえられ、後者の(単
一相の)ばあいレーザーアブレーション法などの薄膜合
成方法などによりえることができる。
These compositions can be obtained by the former case (including impurities) in the ceramic process, and the latter case (single phase) in the thin film synthesis method such as laser ablation.

【0045】また、本発明に用いうる別の組成物として
は、式(III): Bi2Sr2-y-aLayCu1-bz (III) (式中、y、zおよびaはつぎの関係式をみたすもので
ある:0<y≦1.2、0≦a≦0.2、0≦b≦0.
2、z≧6)により表わされる組成物があげられる。
Another composition which can be used in the present invention is represented by the formula (III): Bi 2 Sr 2-ya La y Cu 1-b O z (III) (wherein y, z and a are as follows: The relational expressions are satisfied: 0 <y ≦ 1.2, 0 ≦ a ≦ 0.2, 0 ≦ b ≦ 0.
2, a composition represented by z ≧ 6).

【0046】前記のy、zおよびaの関係において、y
が0であると、Bi−2201相が生成せず、またyが
1.2を超えると非金属となり感度がえられず、aが0
未満であるとセンサとしての感度が低く、一方aが0.
2を超えると生成するBi−2201相の割合が少なく
なり、zが6に近づくとホール濃度が低くなり非金属に
近くなる。また、この組成物は多相の混合物なのでzの
上限はとくに定められない。
In the above relation of y, z and a, y
Is 0, the Bi-2201 phase is not generated, and when y exceeds 1.2, it becomes a nonmetal and the sensitivity cannot be obtained, and a is 0.
When it is less than 1, the sensitivity as a sensor is low, while a is 0.
When it exceeds 2, the ratio of the Bi-2201 phase to be generated decreases, and when z approaches 6, the hole concentration becomes low and it becomes close to a nonmetal. Since this composition is a multiphase mixture, the upper limit of z is not specified.

【0047】この組成物の具体例な好ましい例として
は、たとえばBi2SrLaCu0.8zやBi2Sr1.2
La1.2CuOzなどがあげられる。
Specific preferred examples of this composition include Bi 2 SrLaCu 0.8 O z and Bi 2 Sr 1.2.
La 1.2 CuO z and the like can be mentioned.

【0048】これらの組成物はBi23、SrCO3
La23およびCuOの原料粉末を金属元素のモル比
が、前記の組成になるように秤量、混合、そしてプレス
成形し、たとえば800℃程度の温度で10時間程度、
大気中で仮焼成ののち、粉砕し、プレス成形し、840
℃程度の温度で30時間程度、大気中で焼成する方法な
どによりえることができる。
These compositions consist of Bi 2 O 3 , SrCO 3 ,
Raw material powders of La 2 O 3 and CuO were weighed, mixed and press-molded so that the molar ratio of the metal elements was the above composition, and the mixture was press-molded, for example, at a temperature of about 800 ° C. for about 10 hours,
After calcination in air, crush and press-mold 840
It can be obtained by a method of baking in the air at a temperature of about 30 ° C. for about 30 hours.

【0049】また、本発明に用いうる別の複合酸化物と
しては、式(IV): Bi2Sr2-x2+xCu2z (IV) (式中、xは0またはつぎの関係式:0.15≦x≦
0.3をみたすものであり、x=0のばあい、Mはつぎ
の関係式:M=Ln’1-yy(式中、Ln’はPr、N
d、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Y、Ho、Erま
たはTmであり、XはCeまたはThであり、yはつぎ
の関係式:0.1≦y≦0.4をみたすものである)を
みたすもの、またはつぎの関係式:M=Nd1-yy(式
中、yはつぎの関係式:0<y≦0.24をみたすもの
である)をみたすもの、もしくはMはGdまたはPrで
あり、zはつぎの関係式:z≧10をみたすものであ
り、xがつぎの関係式:0.15≦x≦0.3をみたす
ものであるばあい、Mはつぎの関係式:M=Ln’1-y
Lay(式中、Ln’はDy、Gd、EuまたはSmで
あり、yはつぎの関係式:0.15≦y≦0.2をみた
すものである)をみたすものであり、zはつぎの関係
式:z≧10をみたすものである)により表わされる複
合酸化物があげられる。
Another composite oxide usable in the present invention is represented by the formula (IV): Bi 2 Sr 2-x M 2 + x Cu 2 O z (IV) (where x is 0 or Relational expression: 0.15 ≦ x ≦
In the case of x = 0, M satisfies the following relational expression: M = Ln ′ 1-y X y (where Ln ′ is Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y, Ho, Er or Tm, X is Ce or Th, and y satisfies the following relational expression: 0.1 ≦ y ≦ 0.4. ), Or the following relational expression: M = Nd 1-y Y y (where y is the following relational expression: 0 <y ≦ 0.24), or M is Gd Or Pr, z satisfies the following relational expression: z ≧ 10, and x satisfies the following relational expression: 0.15 ≦ x ≦ 0.3, M is the following relational expression: M = Ln ' 1-y
La y (where Ln ′ is Dy, Gd, Eu or Sm, y is the following relational expression: 0.15 ≦ y ≦ 0.2), and z is the following relation: A complex oxide represented by the formula: satisfying z ≧ 10.

【0050】式(IV)の前記のx、y、z、M、Ln’
およびXの関係において、x=0であり、Mがつぎの関
係式:M=Ln’1-yyをみたすものであるばあい、好
ましいLn’はBi−2222相が生成する観点からP
r、Nd、Sn、Eu、Gd、Tb、Dy、Y、Ho、
ErまたはTmであり、好ましいXはBi−2222相
が生成する観点からCeまたはThであり、yが0.1
未満またはyが0.4を超えるとBi−2222相は不
安定となり、zが10に近づくとホール濃度が低くなり
非金属に近くなる。その値は製造における酸素分圧によ
り変わり、この値が大きい程ホール濃度が高くなるが、
製造の面から上限が10.5程度であり、これを超える
ものを製造するためには高酸素圧力下での製造が必要で
ある。
The above x, y, z, M, and Ln 'of the formula (IV) are
And X, x = 0 and M satisfies the following relational expression: M = Ln ′ 1-y X y , the preferable Ln ′ is P from the viewpoint that the Bi-2222 phase is generated.
r, Nd, Sn, Eu, Gd, Tb, Dy, Y, Ho,
Er or Tm, preferable X is Ce or Th from the viewpoint of forming the Bi-2222 phase, and y is 0.1.
If it is less than or more than 0.4, the Bi-2222 phase becomes unstable, and if z approaches 10, the hole concentration becomes low and it becomes close to a nonmetal. The value changes depending on the oxygen partial pressure in production, and the larger this value, the higher the hole concentration.
From the viewpoint of production, the upper limit is about 10.5, and production under a high oxygen pressure is necessary to produce a product exceeding this.

【0051】また、式(IV)の前記のx、y、z、M、
Ln’およびXの関係において、x=0であり、Mがつ
ぎの関係式:M=Nd1-yyをみたすものであるばあ
い、好ましいLn’はBi−2222相が生成する観点
から、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、
Y、Ho、ErまたはTmであり、好ましいXはBi−
2222相が生成する観点からCeまたはThであり、
yが0またはyが0.24を超えると、Bi−2222
相は不安定となり、zが10未満であるとホール濃度が
低くなり非金属になる。このばあい、zの値は製造の面
から上限が10.5程度であり、これを超えるものを製
造するためには高酸素圧力下での製造が必要である。
Further, the above-mentioned x, y, z, M of the formula (IV),
In the relationship between Ln ′ and X, when x = 0 and M satisfies the following relational expression: M = Nd 1-y Y y , preferable Ln ′ is from the viewpoint that the Bi-2222 phase is generated. , Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy,
Y, Ho, Er or Tm, preferred X is Bi-
Ce or Th from the viewpoint of generating 2222 phase,
When y is 0 or y exceeds 0.24, Bi-2222
The phase becomes unstable, and if z is less than 10, the hole concentration becomes low and the phase becomes nonmetallic. In this case, the upper limit of the value of z is about 10.5 from the viewpoint of production, and in order to produce a value exceeding this, production under high oxygen pressure is necessary.

【0052】また、式(IV)の前記のx、y、z、Mお
よびLn’の関係において、xがつぎの関係式0.15
≦x≦0.3をみたすものであるばあい、Bi−222
2相の構造が安定であるために、好ましいLn’はD
y、Gd、EuまたはSmであり、yが0.15未満ま
たはyが0.2を超えるとBi−2222相が不安定と
なり、zが10に近づくとホール濃度が低くなり非金属
に近くなる。このばあい、zの値は製造の面から上限が
10.3程度であり、これを超えるものを製造するため
には高酸素圧力下での製造が必要である。
Further, in the relation of x, y, z, M and Ln 'in the equation (IV), x is the following relational expression 0.15
If it satisfies ≦ x ≦ 0.3, Bi-222
Due to the stable structure of the two phases, preferred Ln ′ is D
y, Gd, Eu, or Sm, and when y is less than 0.15 or y exceeds 0.2, the Bi-2222 phase becomes unstable, and when z approaches 10, the hole concentration decreases and becomes closer to nonmetal. . In this case, the upper limit of the value of z is about 10.3 from the viewpoint of production, and in order to produce a value exceeding this, production under a high oxygen pressure is necessary.

【0053】また、式(IV)において、xが0でないか
またはxが0.15≦x≦0.3の範囲内にないばあい
は、Bi−2222相の構造安定性の点から高圧合成や
薄膜作製方法などの特別な合成方法が必要となる。
Further, in the formula (IV), when x is not 0 or x is not within the range of 0.15≤x≤0.3, from the viewpoint of structural stability of the Bi-2222 phase, high pressure synthesis is performed. And a special synthesis method such as a thin film manufacturing method is required.

【0054】これら複合酸化物の具体例な好ましい例と
しては、たとえば、Bi2Sr1.8La0.35Dy1.85Cu
2zなどがあげられる。
Specific preferred examples of these composite oxides include, for example, Bi 2 Sr 1.8 La 0.35 Dy 1.85 Cu.
2 O z and the like.

【0055】これらの複合酸化物はBi23、SrCO
3、La23、Dy23およびCuOなどの原料粉末を
秤量、混合、プレス成形し、たとえば大気中800℃程
度で10時間程度の仮焼成をし、粉砕ののち、プレス成
形して大気中で850℃程度で10時間程度再度仮焼成
し、粉砕、プレス成形ののち、大気中940℃程度で1
5時間程度焼成する方法などによりえることができる。
These composite oxides include Bi 2 O 3 and SrCO.
Raw material powders such as 3 , La 2 O 3 , Dy 2 O 3 and CuO are weighed, mixed and press-molded. For example, they are pre-baked at about 800 ° C. for about 10 hours in the air, crushed and then press-molded. Pre-baking is performed again in the atmosphere at about 850 ° C for about 10 hours, and after crushing and press molding, it is performed at about 940 ° C in the atmosphere for 1 hour.
It can be obtained by a method of baking for about 5 hours.

【0056】また、窒素酸化物センサにおいては、Al
23基板上にスクリーン印刷などで成膜し、熱処理する
方法を用いるばあいなどに、ガス検知部にAl元素が不
純物として混入することがある。前記式(I)または式
(IV)により表わされる複合酸化物、もしくは式(II)
または式(III)により表わされる組成物にAl元素が
1重量%以上含まれると500℃という低い温度でもB
i−2201相複合酸化物またはBi−2222相複合
酸化物とこのAl元素との反応が生じ、この反応物のN
xガスに対する選択的な感度が低下または失われたも
のとなる傾向がある。すなわち、NOxガスの吸着によ
る抵抗率の上昇の特性は保たれるものの、COガスの共
存によってもその濃度に依存した抵抗率の上昇が起こ
り、NOxガスの濃度のみを検知することが不可能とな
る傾向がある。選択性を充分に保持するためにはAl元
素の含有量は1重量%未満である必要がある。
In the nitrogen oxide sensor, Al
When a method of forming a film on a 2 O 3 substrate by screen printing or the like and performing a heat treatment is used, an Al element may be mixed as an impurity in the gas detection portion. A complex oxide represented by the above formula (I) or formula (IV), or a formula (II)
Alternatively, if the composition represented by the formula (III) contains 1% by weight or more of Al element, B can be obtained even at a low temperature of 500 ° C.
The reaction between the i-2201-phase composite oxide or the Bi-2222-phase composite oxide and this Al element occurs, and the N
Selective sensitivity to Ox gas tends to be reduced or lost. That is, although the characteristic of the increase in resistivity due to the adsorption of NO x gas is maintained, the increase in resistivity depending on the concentration of CO gas also occurs, and it is not possible to detect only the concentration of NO x gas. Tends to be possible. In order to maintain sufficient selectivity, the content of Al element needs to be less than 1% by weight.

【0057】前記窒素酸化物センサにおいては、純度の
低いCuOやBi23などの原料粉末を用いるばあいに
ガス検知部にPb元素が不純物として混入することがあ
る。前記式(I)または式(IV)により表わされる複合
酸化物、もしくは式(II)または式(III)により表わ
される組成物のうち、多くのものにおいて、Biサイト
がPb元素と置換される。たとえば、Bi元素の10%
をPb元素で置換するとNOxガスに対する選択性は保
持されるものの、その感度が極端に低下する。NOx
スに対して充分な感度を保持するためにはPb元素の含
有量は少なくとも5重量%以下である必要がある。
In the nitrogen oxide sensor, when a raw material powder such as CuO or Bi 2 O 3 having low purity is used, the Pb element may be mixed as an impurity in the gas detection portion. In many of the composite oxides represented by the formula (I) or the formula (IV) or the compositions represented by the formula (II) or the formula (III), the Bi site is replaced with the Pb element. For example, 10% of Bi element
When Pb is replaced with Pb element, the selectivity for NO x gas is maintained, but the sensitivity is extremely lowered. In order to maintain sufficient sensitivity to NO x gas, the content of Pb element must be at least 5% by weight or less.

【0058】前記窒素酸化物センサにおいては、Bi−
2201相またはBi−2222相と反応しない絶縁体
材料がガス検知部に含まれることが好ましい。前記絶縁
体材料としては、MgOまたはSrTiO3などがあげ
られる。
In the nitrogen oxide sensor, Bi-
It is preferable that the gas detection unit includes an insulator material that does not react with the 2201 phase or the Bi-2222 phase. Examples of the insulating material include MgO and SrTiO 3 .

【0059】このような絶縁体材料をBi−2201相
複合酸化物またはBi−2222相複合酸化物もしくは
これらの複合酸化物を含む組成物中にたとえば粒状の状
態で分散させる方法などにより添加することにより、こ
のBi−2201相またはBi−2222相の電気特性
を阻害することなくガス検知部の抵抗率を所望の値に高
めることができる。
Addition of such an insulator material to the Bi-2201 phase composite oxide, the Bi-2222 phase composite oxide or a composition containing these composite oxides, for example, by a method of dispersing them in a granular state. As a result, the resistivity of the gas detection unit can be increased to a desired value without impairing the electrical characteristics of the Bi-2201 phase or the Bi-2222 phase.

【0060】ガス検知部の抵抗率を高めることにより、
NOxガスの濃度に応じた抵抗率変化が大きくなるため
に、濃度検知の感度が向上する。さらに、このような添
加物が存在することによって検知部を構成する複合酸化
物または組成物の緻密さが乱されるために、前記複合酸
化物または組成物の内部まで雰囲気ガスが浸透し易くな
りさらに検知感度が向上し、またNOxガスの吸着およ
び脱離も短時間で行うことができるので検知の応答速度
が速くなる。
By increasing the resistivity of the gas detector,
Since the change in resistivity depending on the concentration of NO x gas is large, the sensitivity of concentration detection is improved. Further, since the presence of such an additive disturbs the denseness of the composite oxide or composition forming the detection part, the atmospheric gas easily penetrates into the interior of the composite oxide or composition. Further, the detection sensitivity is improved, and the adsorption and desorption of NO x gas can be performed in a short time, so that the response speed of detection is increased.

【0061】しかしながら、添加物の量が総量で75重
量%以上になると検知部の抵抗率が極度に高くなるので
検知が困難になる。
However, if the total amount of the additives is 75% by weight or more, the resistivity of the detecting section becomes extremely high, which makes detection difficult.

【0062】前記窒素酸化物センサにおける前記ガス検
知部が、バルク状の薄板形状であることが好ましい形状
としてあげられる。ここでバルク状とは厚さが数ミリ程
度の焼結体のことをいい、ガス検知部がこのような形状
を有することにより、ガス検知部の機械的強度を高くし
て、検知部を保持する基板などを省略できる。
It is preferable that the gas detecting portion in the nitrogen oxide sensor has a bulky thin plate shape. Here, the bulk shape means a sintered body with a thickness of about several millimeters, and the gas detection part having such a shape increases the mechanical strength of the gas detection part and holds the detection part. The substrate to be used can be omitted.

【0063】また、前記窒素酸化物センサにおいて、セ
ンサの小型化、軽量化の点から、前記ガス検知部が薄膜
状であることがさらに好ましい。
Further, in the nitrogen oxide sensor, it is further preferable that the gas detecting portion is in the form of a thin film from the viewpoint of downsizing and weight saving of the sensor.

【0064】また、ガス検知部の抵抗率の変化は、金属
素材により形成された電極により検出される。前記金属
は、たとえば、自動車排ガス中のNOxを検知しようと
したばあい、排ガスによる酸化または腐食を考慮して、
耐酸化性および耐腐食性を有することが好ましい。前記
金属の具体例としてはAg、AuまたはPtなどの貴金
属類があげられる。
Further, the change in the resistivity of the gas detector is detected by the electrode made of a metal material. For example, when trying to detect NO x in automobile exhaust gas, the metal may be oxidized or corroded by the exhaust gas,
It preferably has oxidation resistance and corrosion resistance. Specific examples of the metal include noble metals such as Ag, Au and Pt.

【0065】前記電極としては、2対の電極により構成
されるものを用いることが好ましい。
As the electrode, it is preferable to use an electrode composed of two pairs of electrodes.

【0066】これらの2対の電極は、1対が前記検知部
に定電流を流すためのものであり、他の1対は前記の1
対の電極の間に互いに適宜の距離を有して設けられ、ガ
ス検知部の抵抗率の変化を電圧の変化により検出するも
のである。
Of these two pairs of electrodes, one pair is for supplying a constant current to the detection section, and the other pair is for the above-mentioned 1 pair.
The electrodes are provided with a proper distance between the pair of electrodes and detect a change in resistivity of the gas detection unit by a change in voltage.

【0067】1対の電極にて構成されるばあいでも、図
11に示すような等価回路に窒素酸化物センサを組み込
む方法(実施例にて詳細に説明する)などにより測定し
うるが、このように2対の電極を用いることにより、ガ
ス検知部と電極との接続抵抗および界面抵抗が無視でき
るという点で効果的である。
Even if it is composed of a pair of electrodes, it can be measured by a method of incorporating a nitrogen oxide sensor into an equivalent circuit as shown in FIG. 11 (which will be described in detail in Examples). By using two pairs of electrodes as described above, it is effective in that the connection resistance and interface resistance between the gas detector and the electrodes can be ignored.

【0068】また、本発明の窒素酸化物センサにおいて
は、前記ガス検知部を加熱するための加熱ヒータが設け
られる。
Further, in the nitrogen oxide sensor of the present invention, a heater for heating the gas detecting section is provided.

【0069】この加熱ヒータは、前記ガス検知部を適宜
の温度まで加熱しうるものであればよく、このガス検知
部の近傍に設けられる。本発明におけるガス検知部の好
適な加熱温度は、ガス検知部を構成する化合物の種類に
よるが、本発明における複合酸化物または組成物が安定
に存在する温度として、800℃以下であり、センサ性
能が良好である温度として、300〜500℃であるこ
とがさらに好ましい。
The heater may be any heater as long as it can heat the gas detector to an appropriate temperature, and is provided in the vicinity of the gas detector. The suitable heating temperature of the gas detecting part in the present invention depends on the kind of the compound constituting the gas detecting part, but it is 800 ° C. or lower as the temperature at which the complex oxide or the composition in the present invention is stably present, and the sensor performance. Is more preferably 300 to 500 ° C.

【0070】前記加熱ヒータとしては、Pt、Ruまた
はRhなど、高融点の金属を用いうる。
As the heater, a high melting point metal such as Pt, Ru or Rh can be used.

【0071】また、本発明の窒素酸化物センサには触媒
フィルタが設けられることが、好適なNOxの選択的検
知特性を向上させる点から好ましく、この触媒フィルタ
は窒素酸化物センサの表面または近傍に設けられる。
Further, it is preferable that the nitrogen oxide sensor of the present invention is provided with a catalyst filter from the viewpoint of improving the preferable selective detection characteristics of NO x . This catalyst filter is provided on or near the surface of the nitrogen oxide sensor. It is provided in.

【0072】この触媒フィルタを用いることによって、
NOx以外のたとえばHCやCOなどの混合ガスを充分
に除去できるのでNOxと共存するこのHCやCOなど
のガスのノイズをさらに抑制しうる。
By using this catalyst filter,
Since a mixed gas such as HC or CO other than NO x can be sufficiently removed, noise of the gas such as HC or CO coexisting with NO x can be further suppressed.

【0073】前記触媒フィルタとしては、PtまたはP
dなどがあげられ、本発明における化合物との反応性が
低いものが好ましい。
As the catalyst filter, Pt or P
d and the like, and those having low reactivity with the compound of the present invention are preferable.

【0074】また、本発明の窒素酸化物センサにおいて
は、白金族金属の微粒子がガス検知部の内部に分散され
ているかまたは表面に担持されていることが好ましい。
ここで担持とは物理的に付着した状態のことをいう。
Further, in the nitrogen oxide sensor of the present invention, it is preferable that the platinum group metal fine particles are dispersed inside the gas detecting portion or are carried on the surface thereof.
Here, the term “support” means a state of being physically attached.

【0075】白金族金属の微粒子がガス検知部の内部に
分散されているかまたは表面に担持されていることによ
り、窒素酸化物と共存するHCやCOなどのガスのノイ
ズをさらに抑制しえ、好適なNOxの選択的検知特性を
向上させる点から好ましい。
Since the platinum group metal fine particles are dispersed inside the gas detecting portion or are carried on the surface, noise of gases such as HC and CO coexisting with nitrogen oxides can be further suppressed, which is preferable. It is preferable from the viewpoint of improving the selective detection characteristic of NO x .

【0076】前記白金族金属としては、Pt、Pdまた
はRhなどがあげられ、比較的入手しやすい点から、P
tまたはPdが好ましく、高純度金属から生成した微粒
子であることが触媒性能の高さの点から好ましい。
Examples of the platinum group metal include Pt, Pd, Rh and the like.
t or Pd is preferable, and fine particles produced from a high-purity metal are preferable from the viewpoint of high catalytic performance.

【0077】以下、本発明の窒素酸化物センサの一実施
態様(以下、実施態様Aということもある)を図面を用
いて説明する。
An embodiment of the nitrogen oxide sensor of the present invention (hereinafter, also referred to as embodiment A) will be described below with reference to the drawings.

【0078】図1および図2は、本発明の窒素酸化物セ
ンサの平面図(表面および裏面)である。図1および図
2において、1はガス検知部(表面)、1bはガス検知
部の裏面、2は電極、3は電極のリード線、4は加熱ヒ
ータ、5は加熱ヒータのリード線を示す。
1 and 2 are plan views (front surface and back surface) of the nitrogen oxide sensor of the present invention. In FIGS. 1 and 2, 1 is a gas detection portion (front surface), 1b is a back surface of the gas detection portion, 2 is an electrode, 3 is an electrode lead wire, 4 is a heater, and 5 is a heater heater lead wire.

【0079】前記ガス検知部は、Bi23、SrC
3、Nd23、CuO、CaCO3、Pr611、Ce
2またはLn23(ここで、LnはCe、Prおよび
Ndを除く希土類元素である)などの適宜の酸化物や炭
酸化物や硝酸塩などの適宜の量を均一に混合し、所望の
形状に焼結する方法、または、焼結体を所望の形状に加
工する方法などによりえることができる。
The gas detector is made of Bi 2 O 3 , SrC.
O 3 , Nd 2 O 3 , CuO, CaCO 3 , Pr 6 O 11 , Ce
An appropriate oxide such as O 2 or Ln 2 O 3 (where Ln is a rare earth element other than Ce, Pr and Nd) or an appropriate amount of a carbonate or nitrate is uniformly mixed to obtain a desired shape. It can be obtained by a method of sintering into a sintered body or a method of processing a sintered body into a desired shape.

【0080】前記の焼結する方法において、焼結は大気
中で行われ、焼結温度は機械的強度の向上および化合物
純度の向上の点から、600〜900℃であることが好
ましく、750〜800℃であることがさらに好まし
く、焼結時間は生産性および品質の安定性の点から、1
〜30時間であることが好ましく、5〜20時間である
ことがさらに好ましい。
In the above-mentioned sintering method, the sintering is carried out in the atmosphere, and the sintering temperature is preferably 600 to 900 ° C. from the viewpoint of improving mechanical strength and compound purity, and 750 to 750. The temperature is more preferably 800 ° C., and the sintering time is 1 in view of productivity and stability of quality.
It is preferably -30 hours, more preferably 5-20 hours.

【0081】前記ガス検知部の厚さは、電極形成や設置
時のハンドリングの点から、1〜2mmであることが好
ましく、表面積は、小型化の点から、0.2〜1cm2
であることが好ましい。
The thickness of the gas detecting portion is preferably 1 to 2 mm from the viewpoint of electrode formation and handling during installation, and the surface area is 0.2 to 1 cm 2 from the viewpoint of miniaturization.
It is preferred that

【0082】これらの方法により、前記の式(I)また
は式(IV)で示される複合酸化物、もしくは前記の式
(II)または式(III)で示される組成物からなる焼結
体であるガス検知部をうる。これら焼結体はバルク材、
つまり一体成形物であるので、一般に機械的強度が高
い。
By these methods, a sintered body composed of the composite oxide represented by the above formula (I) or (IV) or the composition represented by the above formula (II) or (III) is obtained. Get the gas detector. These sintered bodies are bulk materials,
That is, since it is an integrally molded product, it generally has high mechanical strength.

【0083】前記の焼結体に前述の絶縁体材料または白
金族金属を検知部原料の混合時に添加もしくは、検知部
表面にふき付けなどの方法により添加することが前述の
理由により好ましい。
For the above-mentioned reason, it is preferable to add the above-mentioned insulator material or platinum group metal to the above-mentioned sintered body at the time of mixing the raw material of the detecting portion, or to add it to the surface of the detecting portion by a method such as wiping.

【0084】つづいて、前記焼結体の表面に電極を設け
る。前記電極としては、前記焼結体の一方の表面のうえ
に一対の電極を設ける方法、もしくは性能の調整などの
ため、複数対の電極を設ける方法などがあげられ、マス
ク印刷が容易な点から、前記焼結体の一方の表面のうえ
に一対の電極を設ける方法が好ましい。一方の表面のう
えに一対の電極を設ける方法のほかには対向する二面を
対とする電極配置を考えうる。
Subsequently, an electrode is provided on the surface of the sintered body. Examples of the electrodes include a method in which a pair of electrodes is provided on one surface of the sintered body, or a method in which a plurality of pairs of electrodes are provided for performance adjustment and the like, and mask printing is easy. A method of providing a pair of electrodes on one surface of the sintered body is preferable. In addition to the method of providing a pair of electrodes on one surface, an electrode arrangement having two opposing surfaces as a pair can be considered.

【0085】前記電極材料としては、前述の様に好適な
耐腐食性や耐酸化性を有するAg、AuまたはPtなど
の金属材料が好ましい。
As the electrode material, a metal material such as Ag, Au or Pt, which has suitable corrosion resistance and oxidation resistance as described above, is preferable.

【0086】これらの金属材料の金属粉とテレビネオー
ル、アマニ油、ヒマシ油またはエマルゲンなどの有機材
料からなるバインダーとを練り合わせたペースト状の材
料を、前記焼結体の一方の表面に所望の形状にマスク印
刷し、これを大気中で通常750℃程度で1時間程度焼
成する方法などにより前記電極をうる。
A paste-like material prepared by kneading the metal powder of these metal materials and a binder made of an organic material such as television neol, linseed oil, castor oil or emulgen is formed on one surface of the sintered body as desired. The above-mentioned electrode is obtained by a method such as mask printing on a shape and firing the mask in the atmosphere at about 750 ° C. for about 1 hour.

【0087】前記電極の形状としては、一対の平行の2
本の直線(適宜の幅を有する)の形状または互いに組み
合う2対のくし形の形状などがあげられる。図1に示す
電極は、一対の平行の2本の直線の形状のものを示して
いる。
The shape of the electrodes is a pair of parallel 2
The shape of a straight line (having an appropriate width) or the shape of two pairs of combs that are combined with each other can be given. The electrode shown in FIG. 1 has a pair of parallel straight lines.

【0088】前記電極の厚さは生産性の点から、0.0
5〜0.10mmであることが好ましく、表面積は同様
の理由から、0.05〜0.10cm2であることが好
ましい。
The thickness of the electrode is 0.0 from the viewpoint of productivity.
It is preferably 5 to 0.10 mm, and the surface area is preferably 0.05 to 0.10 cm 2 for the same reason.

【0089】つづいて、この一対の電極に電圧を印加
し、前記ガス検知部の抵抗率を測定するための、電極の
リード線3を設ける。このリード線としては耐腐食性を
考慮してAuなどが用いられる。
Subsequently, a voltage is applied to the pair of electrodes, and lead wires 3 of the electrodes for measuring the resistivity of the gas detecting portion are provided. As the lead wire, Au or the like is used in consideration of corrosion resistance.

【0090】つづいて、前記ガス検知部の裏面に加熱ヒ
ータ4を設ける。加熱ヒータは前記ガス検知部を適宜の
温度に加熱しうるものであればよく、このガス検知部の
近傍、好ましくは前記ガス検知部の裏面に直接設けられ
ることが熱効率の点から好ましい。
Subsequently, the heater 4 is provided on the back surface of the gas detector. The heater is only required to be capable of heating the gas detection part to an appropriate temperature, and is preferably provided in the vicinity of the gas detection part, preferably directly on the back surface of the gas detection part, from the viewpoint of thermal efficiency.

【0091】前記加熱ヒータはPt、RuまたはRhな
どの金属粉と前記の電極用のバインダーと同様の有機材
料とを練り合わせたペースト状の材料をマスク印刷して
所望の形状に成形し、たとえば大気中で通常950℃程
度で1時間程度焼成する方法などによりえられる。前記
の加熱ヒータの形状は前記ガス検知部を充分に均一に加
熱しうるものであればよい。
The heater is mask-printed with a paste-like material obtained by kneading a metal powder such as Pt, Ru, or Rh and an organic material similar to the binder for the electrode to form a desired shape. In general, it can be obtained by a method such as firing at about 950 ° C. for about 1 hour. The heater may have any shape as long as it can uniformly and uniformly heat the gas detector.

【0092】つづいて、この加熱ヒータに電圧を印加す
るための、電極のリード線5を設ける。このリード線と
してはAuなどが用いられる。
Subsequently, the lead wire 5 of the electrode for applying a voltage to the heater is provided. Au or the like is used as the lead wire.

【0093】つぎに、本発明の窒素酸化物センサの別の
実施態様(実施態様B)を図面を用いて説明する。
Next, another embodiment (embodiment B) of the nitrogen oxide sensor of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0094】図3は、本発明の別の窒素酸化物センサの
平面図(表面)を示す。図3において、6はガス検知部
(表面)、7は第1の電極、8は第1の電極のリード
線、9は第2の電極、10は第2の電極のリード線、1
1は加熱ヒータのリード線を示す。
FIG. 3 shows a plan view (surface) of another nitrogen oxide sensor of the present invention. In FIG. 3, 6 is a gas detection part (front surface), 7 is a first electrode, 8 is a lead wire of a first electrode, 9 is a second electrode, 10 is a lead wire of a second electrode, 1
Reference numeral 1 indicates a lead wire of the heater.

【0095】なお、ガス検知部6の裏面には、前記の実
施態様Aと同様の加熱ヒータ(図示せず)が設けられ
る。また、ガス検知部6は前記の実施態様Aのガス検知
部1と同様のものが同様の方法により、第1の電極7お
よび第1の電極のリード線8は前記の実施態様Aの電極
2および電極のリード線3と同様のものが同様の方法に
より、加熱ヒータのリード線11は前記の実施態様Aの
加熱ヒータのリード線5と同様のものが設けられる。
A heating heater (not shown) similar to that of the embodiment A is provided on the back surface of the gas detector 6. The gas detector 6 is the same as the gas detector 1 of the above-described embodiment A, but the same method is used, and the first electrode 7 and the lead wire 8 of the first electrode are connected to the electrode 2 of the above-described embodiment A. In the same manner as the lead wire 3 of the electrode and the lead wire 3 of the electrode, the lead wire 11 of the heater is the same as the lead wire 5 of the heater of the embodiment A described above.

【0096】つづいて、一対の第2の電極9が一対の第
1の電極7の間の適宜の位置に設けられる。前記第2の
電極の形状としては、一対の平行の2本の直線(適宜の
幅を有する)の形状などがあげられる。前記第2の電極
は第1の電極と同様の材料により同様の方法によりえる
ことができる。一般に第1の電極と第2の電極とは同じ
工程にて設けることができる。
Subsequently, the pair of second electrodes 9 is provided at an appropriate position between the pair of first electrodes 7. Examples of the shape of the second electrode include a pair of two parallel straight lines (having an appropriate width). The second electrode can be made of the same material as the first electrode by the same method. Generally, the first electrode and the second electrode can be provided in the same step.

【0097】つづいて、一対の第2の電極9に第2の電
極のリード線10を設ける。このリード線としては、第
1の電極のリード線と同様のものを用いうる。
Subsequently, the lead wire 10 of the second electrode is provided on the pair of second electrodes 9. As the lead wire, the same lead wire as the first electrode can be used.

【0098】前記第2の電極の厚さは、生産性の点か
ら、0.05〜0.10mmであることが好ましく、表
面積は、同様の理由から0.05〜0.10cm2であ
ることが好ましい。
From the viewpoint of productivity, the thickness of the second electrode is preferably 0.05 to 0.10 mm, and the surface area is 0.05 to 0.10 cm 2 for the same reason. Is preferred.

【0099】この実施態様のばあい、一対の第1の電極
7に第1の電極のリード線8を介してDC電圧を印加し
てガス検知部6に電流を流し、一対の第2の電極9間の
電圧を第2の電極のリード線10を介して検出すること
で、ガス検知部6の抵抗率を求めることができる。この
方法によれば、前述の様にガス検知部と第1の電極との
接続抵抗および界面抵抗、ならびにガス検知部と第2の
電極との接続抵抗および界面抵抗が無視できる。このた
め窒素酸化物センサの製造ロット間において、各窒素酸
化物センサの検出するガス検知部の抵抗率のバラツキが
小さく、安定した製品を製造することができ、製品の歩
留まりがよいものである。また、このものはガス検知精
度も好ましい。
In this embodiment, a DC voltage is applied to the pair of first electrodes 7 through the lead wire 8 of the first electrode to cause a current to flow in the gas detecting section 6, and the pair of second electrodes 7 The resistivity of the gas detector 6 can be obtained by detecting the voltage between the electrodes 9 through the lead wire 10 of the second electrode. According to this method, as described above, the connection resistance and interface resistance between the gas detection section and the first electrode, and the connection resistance and interface resistance between the gas detection section and the second electrode can be ignored. For this reason, there is little variation in the resistivity of the gas detection unit detected by each nitrogen oxide sensor between manufacturing lots of nitrogen oxide sensors, stable products can be manufactured, and the product yield is good. Further, this is also preferable in gas detection accuracy.

【0100】つぎに、本発明の窒素酸化物センサのさら
に別の実施態様(実施態様C)を図面を用いて説明す
る。
Next, still another embodiment (embodiment C) of the nitrogen oxide sensor of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0101】図4は、本発明のさらに別の窒素酸化物セ
ンサの平面図である。また、図5は前記平面図(図4)
におけるa−a線断面図である。図4および図5におい
て、12は基板、13はガス検知部、14は電極、15
は電極のリード線、16は加熱ヒータ、17は加熱ヒー
タのリード線を示す。
FIG. 4 is a plan view of yet another nitrogen oxide sensor of the present invention. Further, FIG. 5 is the plan view (FIG. 4).
FIG. 6 is a sectional view taken along line aa in FIG. In FIGS. 4 and 5, 12 is a substrate, 13 is a gas detector, 14 is an electrode, 15
Is a lead wire of the electrode, 16 is a heater, and 17 is a lead wire of the heater.

【0102】基板12は、MgOまたはSrTiO3
どの材料を、加工、または研磨することによりえること
ができる。
The substrate 12 can be obtained by processing or polishing a material such as MgO or SrTiO 3 .

【0103】前記基板の厚さは入手の容易な点から、
0.2〜1.0mmであることが好ましく、表面積は小
型化の点から、0.2〜1.0cm2であることが好ま
しい。
Since the thickness of the substrate is easy to obtain,
The surface area is preferably 0.2 to 1.0 mm, and the surface area is preferably 0.2 to 1.0 cm 2 from the viewpoint of miniaturization.

【0104】前記基板の一方の面に、Bi23、SrC
3、Nd23、CuO、CaCO3、Pr611、Ce
2またはLn23(ここで、LnはCe、Prおよび
Ndを除く希土類元素である)など適宜の酸化物や炭酸
化物や硝酸塩の適宜の量とテレビネオール、アマニ油、
ヒマシ油またはエマルゲンなどの有機物を練り合わせた
ペースト状の材料をスクリーン印刷する方法や、粘度が
低くなるようにして調整した前記と同様の材料からなる
ペースト状の材料をスピンコートする方法などにより前
記のペースト状の材料の膜をえ、これを基板と共に焼成
し、焼結する。
Bi 2 O 3 and SrC are formed on one surface of the substrate.
O 3 , Nd 2 O 3 , CuO, CaCO 3 , Pr 6 O 11 , Ce
O 2 or Ln 2 O 3 (where, Ln is Ce, a rare earth element except Pr and Nd) appropriate for appropriate oxides or carbonates or nitrates and the amount and TV ne ol, linseed oil,
A method of screen-printing a paste-like material prepared by kneading an organic substance such as castor oil or emulgen, or a method of spin-coating a paste-like material made of the same material as the above-mentioned one so that the viscosity is lowered, A film of paste-like material is obtained, which is fired and sintered together with the substrate.

【0105】この焼結は大気中で行われ、焼結温度は含
有有機物の分解および化合物純度の向上の点から、60
0〜900℃であることが好ましく、750〜800℃
であることがさらに好ましく、焼結時間は生産性および
品質の安定性の点から、1〜30時間であることが好ま
しく、5〜20時間であることがさらに好ましい。
This sintering is carried out in the atmosphere, and the sintering temperature is 60 from the viewpoint of decomposing the contained organic substances and improving the compound purity.
It is preferably 0 to 900 ° C., and 750 to 800 ° C.
Is more preferable, and the sintering time is preferably 1 to 30 hours, more preferably 5 to 20 hours, from the viewpoint of productivity and stability of quality.

【0106】前記ガス検出部の厚さは、容易に形成可能
である点から、0.05〜0.1mmであることが好ま
しい。
The thickness of the gas detecting portion is preferably 0.05 to 0.1 mm because it can be easily formed.

【0107】これらの方法により、前記の式(I)また
は式(IV)で示される複合酸化物、もしくは前記の式
(II)または式(III)で示される組成物からなる焼結
体の膜であるガス検知部を基材上にうる。
By these methods, a film of a sintered body composed of the composite oxide represented by the above formula (I) or (IV) or the composition represented by the above formula (II) or (III). The gas detection part can be provided on the base material.

【0108】つづいて、ガス検知部13のうえに、前記
の実施態様Aの電極2および電極のリード線3と同様の
材料を用い、同様の方法により電極14および電極のリ
ード線15をえる。
Subsequently, on the gas detection part 13, the same material as that of the electrode 2 and the electrode lead wire 3 of the embodiment A is used, and the electrode 14 and the electrode lead wire 15 are obtained by the same method.

【0109】つづいて、基板12のうえに、前記の実施
態様Aの加熱ヒータ4および加熱ヒータのリード線5と
同様の材料を用い、同様の方法により電極14および加
熱ヒータのリード線15をえる。
Subsequently, on the substrate 12, the same material as that of the heater 4 and the lead wire 5 of the heater of the embodiment A is used, and the electrode 14 and the lead wire 15 of the heater are obtained by the same method. .

【0110】この実施態様の窒素酸化物センサは、実施
態様Aにおける窒素酸化物センサと同様のガス感度特性
を有し、さらに窒素酸化物による抵抗率の変化の飽和速
度が速いために短時間での測定が可能であるという利点
がある。
The nitrogen oxide sensor of this embodiment has gas sensitivity characteristics similar to those of the nitrogen oxide sensor of embodiment A, and further, the saturation rate of change in resistivity due to nitrogen oxide is fast, so that it can be achieved in a short time. Has the advantage that it can be measured.

【0111】つぎに、本発明の窒素酸化物センサのさら
に別の実施態様(実施態様D)を図面を用いて説明す
る。
Next, still another embodiment (embodiment D) of the nitrogen oxide sensor of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0112】図6は、本発明のさらに別の窒素酸化物セ
ンサの平面図である。また、図7は前記平面図(図6)
におけるb−b線断面図である。図6および図7におい
て、18はガス検知部、19は電極、20は電極のリー
ド線、21は加熱ヒータ、22は加熱ヒータのリード
線、23は触媒を示す。
FIG. 6 is a plan view of still another nitrogen oxide sensor of the present invention. FIG. 7 is the plan view (FIG. 6).
6 is a cross-sectional view taken along line bb in FIG. 6 and 7, 18 is a gas detection unit, 19 is an electrode, 20 is an electrode lead wire, 21 is a heater, 22 is a heater heater lead wire, and 23 is a catalyst.

【0113】実施態様Aのガス検知部1と同様の材料を
用い、同様の方法によりガス検知部18をえる。
The gas detecting section 18 is obtained by using the same material as the gas detecting section 1 of the embodiment A and using the same method.

【0114】つづいて、ガス検知部18の表面に、前記
の実施態様Aの電極2および電極のリード線3と同様の
材料を用い、同様の方法により電極19および電極のリ
ード線20をえる。
Subsequently, the same material as that of the electrode 2 and the electrode lead wire 3 of the above-mentioned embodiment A is used on the surface of the gas detection portion 18, and the electrode 19 and the electrode lead wire 20 are obtained by the same method.

【0115】つづいて、ガス検知部18の他方の面(裏
面)に、前記の実施態様Aの加熱ヒータ4および加熱ヒ
ータのリード線5と同様の材料を用い、同様の方法によ
り電極21および加熱ヒータのリード線22をえる。
Next, on the other surface (rear surface) of the gas detecting portion 18, the same material as that of the heater 4 and the lead wire 5 of the heater of the embodiment A is used, and the electrode 21 and the heater are heated by the same method. Get the heater lead wire 22.

【0116】つづいて、電極19が設けられているガス
検知部18のうえに、触媒層23を設ける。前記触媒層
の材料としては、PtまたはPdなどの貴金属が活性ア
ルミナまたはゼオライト中に5%程度含まれるものなど
があげられる。
Subsequently, the catalyst layer 23 is provided on the gas detecting portion 18 provided with the electrode 19. Examples of the material for the catalyst layer include those in which a noble metal such as Pt or Pd is contained in activated alumina or zeolite in an amount of about 5%.

【0117】触媒層23としては、前記の材料を用いハ
ニカム状の構造に成形したものを無機接着剤を用いてガ
ス検知部18に固着させる方法、または前記の材料を粉
砕、混練などの方法により溶液状にして、ガス検知部1
8も表面にスクリーン印刷などの方法により印刷し、つ
づいて600℃程度で1時間程度、大気中で焼結させる
方法などによりうることができる。
As the catalyst layer 23, a material formed into a honeycomb structure by using the above-mentioned material is fixed to the gas detecting portion 18 by using an inorganic adhesive, or the above-mentioned material is pulverized or kneaded. Gas solution 1 in solution form
No. 8 can also be obtained by printing on the surface by a method such as screen printing and then sintering it in the air at about 600 ° C. for about 1 hour.

【0118】前記触媒層がハニカム状の構造であるばあ
い、ハニカムの寸法は数ミリ程度であることが好まし
く、層の厚さは5〜10mmであることが好ましい。前
記触媒層を前記の焼結させる方法によりうるばあいは、
該触媒層の厚さは、形成の容易さ、ガスの浸透性の点か
ら、0.01〜0.05mmであることが好ましい。
When the catalyst layer has a honeycomb structure, the size of the honeycomb is preferably several millimeters and the thickness of the layer is preferably 5 to 10 mm. If the catalyst layer is sintered by the above method,
The thickness of the catalyst layer is preferably 0.01 to 0.05 mm from the viewpoint of easy formation and gas permeability.

【0119】この実施態様の窒素酸化物センサは、窒素
酸化物と共存する、たとえばCOやHCなどのノイズを
さらに好適に排除することができる利点がある。
The nitrogen oxide sensor of this embodiment has an advantage that noises such as CO and HC that coexist with nitrogen oxides can be more preferably eliminated.

【0120】前記のそれぞれの実施態様の特徴を組み合
わせた窒素酸化物センサも好適に用いることができる。
A nitrogen oxide sensor combining the features of the respective embodiments described above can also be preferably used.

【0121】また、前述のそれぞれの実施態様は、すべ
て加熱ヒーターを有するものについての例示であるが、
たとえば自動車などのエンジン(内燃機関)やさまざま
な燃焼器に適用するばあい、この加熱ヒーターを設けな
い窒素酸化物センサであってもよい。このばあい、内燃
機関や燃焼器などの燃焼廃熱により前記ガス検知部を加
熱することができ、前述のそれぞれの実施態様と同様の
ガス感度特性をうることができる。
The above-mentioned respective embodiments are all examples having a heater.
For example, when applied to an engine (internal combustion engine) of an automobile or various combustors, the nitrogen oxide sensor without the heater may be used. In this case, the gas detection unit can be heated by the combustion waste heat of the internal combustion engine, the combustor, etc., and the gas sensitivity characteristics similar to those of the above-described respective embodiments can be obtained.

【0122】[0122]

【実施例】以下、本発明の窒素酸化物センサの実施例に
もとづいて説明するが、本発明はこれらの実施例により
制限されるものではない。
The present invention will be described below based on examples of the nitrogen oxide sensor of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.

【0123】[実施例1] (1)ガス検知部の作製 Bi23、SrCO3、Nd23およびCuOの粉末
を、組成物中の各金属元素のモル比が、Bi:Sr:N
d:Cu=2:2−y:y:1(ここで、yは0.2、
0.4、0.6、0.8、1.0および1.2とした)
になるように、各試料共合計20gを秤量し、これらを
均一に混合し、大気中で800℃下、20時間加熱処理
したのち、えられた生成物を粉砕した。混合および粉砕
は磁器製の乳鉢および乳棒を用いて行った。
[Example 1] (1) Preparation of gas detection part The powder of Bi 2 O 3 , SrCO 3 , Nd 2 O 3 and CuO was used, and the molar ratio of each metal element in the composition was Bi: Sr: N
d: Cu = 2: 2-y: y: 1 (where y is 0.2,
0.4, 0.6, 0.8, 1.0 and 1.2)
20 g of each sample was weighed so that each sample would be uniformly mixed and heat-treated in the atmosphere at 800 ° C. for 20 hours, and then the obtained product was pulverized. Mixing and pulverization were performed using a porcelain mortar and pestle.

【0124】つぎに、えられた粉砕物を10mm×10
mmで厚さが1mmの板状に圧粉成型し、大気中で84
0℃で30時間焼成を行い焼結体をえた。
Then, the obtained pulverized product is 10 mm × 10.
It is pressed into a plate with a thickness of 1 mm and a thickness of 1 mm, and it is 84 in the air.
Firing was performed at 0 ° C. for 30 hours to obtain a sintered body.

【0125】前記のそれぞれの焼結体を、マックサイエ
ンス社製MPX(3000)を用い粉末X線回折法によ
り評価した。このX線回折パターンを図8に示す。図8
において、横軸はX線の回折角(2θ(deg))を表
わし、縦軸はX線の相対強度(arb.units)を
表わす。比較のためにy=0の組成のもののX線回折パ
ターンも示した。
Each of the above sintered bodies was evaluated by a powder X-ray diffraction method using MPX (3000) manufactured by Mac Science. This X-ray diffraction pattern is shown in FIG. FIG.
In, the horizontal axis represents the diffraction angle of X-rays (2θ (deg)), and the vertical axis represents the relative intensity of X-rays (arb.units). For comparison, the X-ray diffraction pattern of the composition with y = 0 is also shown.

【0126】たとえば、y=0のものは、図中に△印を
記入して示したB相由来のピークを有する(B相由来の
ピークは、文献(池田他、「粉体および粉末冶金」第3
6巻第5号(1989)108頁)に記載されているB
相由来のピークを参照した)。ここで、B相とはBi−
2201相をひずませた構造を持ち、単斜晶に属すると
いわれ、詳細な構造は不明であるが、その組成はBi17
Sr16Cu7Zと同定されている相をいう。
For example, y = 0 has a peak derived from phase B indicated by a triangle in the figure (the peak derived from phase B is described in the literature (Ikeda et al., "Powder and powder metallurgy"). Third
B, No. 6, No. 5 (1989), p. 108)
Referred to the peak derived from the phase). Here, the B phase is Bi-
It has a distorted structure of 2201 phase and is said to belong to a monoclinic crystal. The detailed structure is unknown, but its composition is Bi 17
It refers to a phase identified as Sr 16 Cu 7 O Z.

【0127】また、たとえば、y=0.8のものは、図
中に○印で示すBi−2201相由来のピークを有する
(Bi−2201相由来のピークは、文献(T.Den
他、「Jpn.J.Appl.Phys.,Vol127(1988)L1620」)に記載
されている複合酸化物のBi−2201相由来のピーク
を参照した)。
Further, for example, y = 0.8 has a peak derived from the Bi-2201 phase indicated by a circle in the figure (the peak derived from the Bi-2201 phase is described in the literature (T. Den.
Other reference was made to the peak derived from the Bi-2201 phase of the composite oxide described in "Jpn.J.Appl.Phys., Vol127 (1988) L1620").

【0128】yが0.2、0.4および0.6のものは
Bi−2201相由来のピークが主であるが、B相由来
のピークも共存していることが判り、またB相由来のピ
ークの共存の割合はyの値が大きくなるにつれ減少する
ことが判る。
For y of 0.2, 0.4 and 0.6, the peak derived from the Bi-2201 phase was mainly present, but it was found that the peak derived from the B phase also coexists. It can be seen that the coexistence ratio of the peaks decreases as the value of y increases.

【0129】また、yが0.8を超えるものはBi−2
201相由来のピークが主であるが、Bi−2201相
由来のものでもB相由来のものでもないピークが認めら
れ、不純物が増加したものであると考えられる。
If y exceeds 0.8, Bi-2 is used.
Although the peak derived from the 201 phase is the main, a peak derived from neither the Bi-2201 phase nor the B phase was observed, and it is considered that impurities were increased.

【0130】以上のX線回折の結果より、Bi:Sr:
Nd:Cu=2:2−y:y:1、つまりBi:Sr+
Nd:Cu=2:2:1の配合組成からは、y=0つま
りNdが含まれないばあいはB相化合物がえられ、yの
値が増加するつまりNdのSrとの置換量が増えるとB
相は不安定となり主にBi−2201相が生じ、共存す
るB相の割合が減少し、yの値が0.8以上ではB相は
生じなく、またyの値が1.0以上になるとBi−22
01相化合物にNdが固溶しないことが判った。
From the above X-ray diffraction results, Bi: Sr:
Nd: Cu = 2: 2-y: y: 1, that is, Bi: Sr +
From the compounding composition of Nd: Cu = 2: 2: 1, if y = 0, that is, if Nd is not contained, a B phase compound is obtained, and the value of y increases, that is, the substitution amount of Nd with Sr increases. And B
The phase becomes unstable, mainly the Bi-2201 phase occurs, the proportion of the coexisting B phase decreases, and when the y value is 0.8 or more, the B phase does not occur and when the y value is 1.0 or more. Bi-22
It was found that Nd did not form a solid solution in the 01-phase compound.

【0131】つぎに、前記焼結体の乾燥大気中での抵抗
率の温度依存性を、試作した交流四端子法による高温電
気抵抗測定装置を用い評価した。
Next, the temperature dependence of the resistivity of the sintered body in a dry atmosphere was evaluated using a prototype high temperature electrical resistance measuring device by the AC four terminal method.

【0132】結果を図9(yが0.2、0.4、0.6
および0.8のもの)および図10(yが1.0および
1.2のもの)に示す。図9および図10において、横
軸は測定温度(℃)、縦軸は抵抗率(Ω・cm)を示
す。
The results are shown in FIG. 9 (y is 0.2, 0.4, 0.6).
And 0.8) and FIG. 10 (y is 1.0 and 1.2). 9 and 10, the horizontal axis represents the measurement temperature (° C.) and the vertical axis represents the resistivity (Ω · cm).

【0133】図9に示されるように、yの値つまりNd
の含有率が0.6以下のものでは室温から600℃に至
まで抵抗率は温度上昇と共に単調に上昇し、金属的であ
ることが判る。また、yの値が0.8のものは測定温度
が約300℃までは測定温度の上昇と共に抵抗率が減少
し、非金属的であり、約300℃以上では測定温度の上
昇と共に抵抗率が増加し、金属的であることが判り、約
300℃で相転移現象が見られる。
As shown in FIG. 9, the value of y, that is, Nd
It can be seen that when the content ratio of is less than 0.6, the resistivity monotonically increases with increasing temperature from room temperature to 600 ° C. and is metallic. Further, when the value of y is 0.8, the resistivity decreases as the measurement temperature rises up to about 300 ° C. and is non-metallic, and at about 300 ° C. or higher, the resistivity decreases with the measurement temperature rise. It was found to be metallic, and a phase transition phenomenon was observed at about 300 ° C.

【0134】また、図10に示されるように、yの値つ
まりNdの含有率が1.0以上のものは、とくに高温で
測定温度の変化に対し抵抗率が変化しないことが判る。
Further, as shown in FIG. 10, it can be seen that the resistivity does not change with respect to the change of the measurement temperature especially at high temperature when the value of y, that is, the Nd content is 1.0 or more.

【0135】(2)窒素酸化物センサの作製 前記焼結体であるガス検知部の表面に、1mm×8mm
で厚さ50μmの一対の電極を5mmの間隔で平行に設
けた。前記電極は銀の金属粉と有機物とを練り合わせて
ペースト状にした材料をマスク印刷し、大気中で750
℃で1時間焼成を行うことによりえた。
(2) Production of Nitrogen Oxide Sensor 1 mm × 8 mm on the surface of the gas detecting portion which is the sintered body.
A pair of electrodes having a thickness of 50 μm were provided in parallel at an interval of 5 mm. The electrode is mask-printed with a paste material made by kneading silver metal powder and an organic material, and then 750 in the air.
It was obtained by firing at 1 ° C. for 1 hour.

【0136】つぎに、前記焼結体の裏面(前記電極の設
けられた面の反対側の面)に、図2に示す形状の加熱ヒ
ータを設けた。前記加熱ヒータは白金の金属粉と有機物
とを練り合わせてペースト状にした材料をマスク印刷
し、大気中で950℃で1時間焼成を行うことによりえ
た。
Next, a heater having the shape shown in FIG. 2 was provided on the back surface of the sintered body (the surface opposite to the surface on which the electrodes were provided). The heater was obtained by mask-printing a material in the form of a paste by kneading platinum metal powder and an organic substance, and baking the paste in the atmosphere at 950 ° C. for 1 hour.

【0137】前記の方法により、図1および図2に示す
構造の窒素酸化物センサをえた。
The nitrogen oxide sensor having the structure shown in FIGS. 1 and 2 was obtained by the above method.

【0138】(3)窒素酸化物センサの評価 前記の構造の窒素酸化物センサを図11に示す等価回路
の試験装置に組み込んだ。図11において、24は窒素
酸化物センサ、25は窒素酸化物センサのガス検知部抵
抗、26は窒素酸化物センサの加熱ヒータ抵抗、27は
等価回路の固定抵抗を示し、Vはガス検知部抵抗の両端
に発生する電圧を示す。
(3) Evaluation of Nitrogen Oxide Sensor The nitrogen oxide sensor having the above structure was incorporated in the equivalent circuit test apparatus shown in FIG. In FIG. 11, 24 is a nitrogen oxide sensor, 25 is a gas detection unit resistance of the nitrogen oxide sensor, 26 is a heater resistance of the nitrogen oxide sensor, 27 is a fixed resistance of an equivalent circuit, and V is a gas detection unit resistance. Indicates the voltage generated across both ends of.

【0139】前記加熱ヒータにDC3V以上の電圧を印
加し、ガス検知部の表面温度を200℃以上に加熱し
た。また、前記固定抵抗とガス検知部抵抗との接続回路
にDC1Vの電圧を印加することにより、ガス検知部抵
抗の両端に発生する電圧Vを測定し、この電圧Vからガ
ス検知部抵抗率をつぎの式により算出した。
A voltage of DC 3 V or higher was applied to the heater to heat the surface temperature of the gas detector to 200 ° C. or higher. Further, by applying a voltage of DC1V to the connection circuit between the fixed resistance and the gas detection unit resistance, the voltage V generated at both ends of the gas detection unit resistance is measured, and the gas detection unit resistivity is calculated from this voltage V. It was calculated by the following formula.

【0140】RS=(V/(V0−V))×RL (式中、RSはガス検知部抵抗の抵抗率、RLは固定抵抗
の抵抗率、Vはガス検知部抵抗の両端に発生する電圧、
0は固定抵抗とガス検知部抵抗との接続回路の印加電
圧である)。
R S = (V / (V 0 −V)) × RL (where R S is the resistivity of the gas detection unit resistance, R L is the resistivity of the fixed resistance, and V is the resistance of the gas detection unit. Voltage generated across both ends,
V 0 is the applied voltage of the connection circuit between the fixed resistance and the gas detection unit resistance).

【0141】前記の回路に組み込まれた窒素酸化物セン
サを、清浄空気雰囲気下に置いてガス検知部の抵抗率
(以下、Raということもある)を測定したのち、この
清浄空気に0.5体積%の一酸化窒素(NO)を混合さ
せた雰囲気下に置いてガス検知部の抵抗率(以下、Rg
ということもある)を測定した。
The nitrogen oxide sensor incorporated in the above-mentioned circuit was placed in a clean air atmosphere to measure the resistivity (hereinafter sometimes referred to as Ra) of the gas detection part, and then 0.5% was measured in this clean air. The resistivity of the gas detection unit (hereinafter, Rg is set in an atmosphere mixed with volume% nitric oxide (NO)).
Sometimes it was measured).

【0142】RaおよびRgは共にガス検知部の表面温
度を200〜400℃の範囲で変化させて測定した。
Both Ra and Rg were measured by changing the surface temperature of the gas detection part in the range of 200 to 400 ° C.

【0143】図12に、yが0.6である前記組成物の
ばあいのRaに対するRgの比、Rg/Ra(以下、感
度比ということもある)を示した。図12において、横
軸はガス検知部の表面温度、縦軸は感度比を示す。
FIG. 12 shows the ratio of Rg to Ra and Rg / Ra (hereinafter sometimes referred to as sensitivity ratio) in the case of the composition having y of 0.6. In FIG. 12, the horizontal axis represents the surface temperature of the gas detection unit and the vertical axis represents the sensitivity ratio.

【0144】図12により、この窒素酸化物センサは、
200〜400℃の表面温度の範囲では、300℃付近
の感度比が最も高いことが判る。
According to FIG. 12, this nitrogen oxide sensor is
It can be seen that in the surface temperature range of 200 to 400 ° C., the sensitivity ratio near 300 ° C. is highest.

【0145】しかしながら、この測定において、表面温
度が低温側よりも高温側である方がガス検知の応答速度
が速い。
However, in this measurement, the gas detection response speed is faster when the surface temperature is higher than the low temperature side.

【0146】図13に、yが0.2、0.4、0.6お
よび0.8である前記組成物の感度比を示す。ここで、
ガス検知部の表面温度は感度比と応答速度とが共に好適
である350℃に保って評価した。
FIG. 13 shows the sensitivity ratios of the above compositions in which y is 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8. here,
The surface temperature of the gas detection part was evaluated by maintaining it at 350 ° C., where both the sensitivity ratio and the response speed are suitable.

【0147】図13により、yの値が0.2以上0.8
以下のものは効果的な感度比を有し、yの値が0.2以
上0.6以下のものはさらに好適な感度比を有すること
が判る。また、図13には示していないが、yの値が
1.0以上のものの感度比は非常に低いものであった。
これは、前記の図10に示されるように、yの値が1.
0のものはBi−2201相のホール濃度がかなり低い
ために、350℃ではホール濃度が臨界濃度以下であ
り、また非金属状態である。このため、一酸化窒素の吸
着によるホール濃度の変化は小さいものとなるために抵
抗率の変化、すなわち感度比が低いものになっていると
推測される。
According to FIG. 13, the value of y is 0.2 or more and 0.8.
It can be seen that the following have an effective sensitivity ratio, and those with a y value of 0.2 or more and 0.6 or less have a more suitable sensitivity ratio. Although not shown in FIG. 13, the sensitivity ratio was very low when the value of y was 1.0 or more.
As shown in FIG. 10, the value of y is 1.
In No. 0, the hole concentration of Bi-2201 phase is considerably low, so that the hole concentration is below the critical concentration at 350 ° C., and it is in a nonmetallic state. Therefore, it is presumed that the change in the hole concentration due to the adsorption of nitric oxide is small and thus the change in the resistivity, that is, the sensitivity ratio is low.

【0148】つぎに、ガス検知部の表面温度350℃下
における共存ガス成分である一酸化炭素(CO)、二酸
化炭素(CO2)およびハイドロカーボン(HC)に対
する感度比を前記の一酸化窒素についての測定と同様の
方法により測定した。前記ハイドロカーボンとしてはプ
ロパンガス(C38)を用いた。清浄空気に1体積%の
一酸化炭素を混合させた混合ガス雰囲気下での感度比、
清浄空気に1体積%の二酸化炭素を混合させた混合ガス
雰囲気下での感度比、清浄空気に1体積%のプロパンガ
スを混合させた混合ガス雰囲気下での感度比をyの値が
0.2、0.4、0.6および0.8の前記の組成物を
ガス検知部とした窒素酸化物センサを用いて、350℃
の表面温度下で測定したところ、すべての窒素酸化物セ
ンサにおいて、一酸化炭素混合ガスの感度比が1.02
以下であり、二酸化炭素混合ガスの感度比およびプロパ
ンガス混合ガスのばあいはガス検知部の抵抗率の変化が
検出精度以下であった。このことよりこれらのセンサは
窒素酸化物に対して選択的な検出感度を有することが判
る。
Next, the sensitivity ratio to carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ) and hydrocarbon (HC) which are coexisting gas components at the surface temperature of the gas detection part of 350 ° C. was determined for the above-mentioned nitric oxide. It was measured by the same method as the measurement of. Propane gas (C 3 H 8 ) was used as the hydrocarbon. Sensitivity ratio in a mixed gas atmosphere in which 1% by volume of carbon monoxide is mixed with clean air,
The sensitivity ratio in a mixed gas atmosphere in which clean air is mixed with 1% by volume of carbon dioxide and the sensitivity ratio in a mixed gas atmosphere in which clean air is mixed with 1% by volume of propane gas are 0. Using a nitrogen oxide sensor having the above-mentioned composition of 2, 0.4, 0.6 and 0.8 as a gas detection part, 350 ° C.
The sensitivity ratio of the carbon monoxide mixed gas was 1.02 in all nitrogen oxide sensors when measured under the surface temperature of
In the case of the carbon dioxide mixed gas sensitivity ratio and the propane gas mixed gas, the change in the resistivity of the gas detector was below the detection accuracy. This indicates that these sensors have a detection sensitivity that is selective for nitrogen oxides.

【0149】また、内燃機関や燃焼器などの燃焼ガス排
出では、前記共存ガスのほかに水蒸気の混入や低酸素濃
度状態(酸欠状態)などが起こるばあいがある。このよ
うな条件の変化においても、感度を示さない窒素酸化物
センサが望まれる。そこで、ガス検知部の表面温度を3
50℃一定状態に設定し、湿度(水蒸気)依存性の有無
を、相対湿度を10〜80%(20℃下)に変化させ、
酸素濃度依存性の有無を酸素濃度を0〜20%に変化さ
せ、それぞれのセンサ(yが0.2、0.4、0.6お
よび0.8)の抵抗率変化を測定した。その結果、全て
のセンサにおいて、ガス検知部の抵抗率の変化は測定精
度以下であった。このことより、これら水蒸気や低酸素
濃度(酸欠状態)であってもガス検知部の特性が変動さ
れず、窒素酸化物に対し安定した感度比を有するもので
あることが判る。
In addition, when exhausting combustion gas from an internal combustion engine or a combustor, in addition to the coexistent gas, water vapor may be mixed in or a low oxygen concentration state (oxygen deficiency state) may occur. A nitrogen oxide sensor that does not show sensitivity even under such changes in conditions is desired. Therefore, the surface temperature of the gas detector is set to 3
Set to a constant temperature of 50 ° C, change relative humidity to 10-80% (20 ° C), with or without humidity (water vapor) dependency.
Oxygen concentration was changed to 0 to 20% depending on the presence or absence of oxygen concentration dependency, and the change in resistivity of each sensor (y was 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8) was measured. As a result, in all the sensors, the change in the resistivity of the gas detection part was below the measurement accuracy. From this, it can be seen that the characteristics of the gas detection unit do not change even with these water vapor and low oxygen concentrations (oxygen deficiency state), and the gas detection unit has a stable sensitivity ratio to nitrogen oxides.

【0150】本実施例のばあい、図8に示されるX線回
折パターンよりyが0.6以下の組成物の主相はBi−
2201相であるが、B相も含んでいる。本発明者らは
このB相もNOxガスに対して選択的な感度を有してい
ることを発見している(野崎らによる「1994年(平
成6年)秋季第55回応用物理学会学術講演会予稿集、
No.1、65頁」参照)。そのためyが0.6以下の
組成物に関するデータのみでBi−2201相がNOx
ガスに対する選択的感度を有するかは判断できない。し
かしながら、yが0.8および1.0の組成物にはB相
を含んでいないと図8のX線回折パターンにより判定さ
れるので、Bi−2201相もNOxガスに対する選択
的な感度を有しているといえる。
In the case of this example, the main phase of the composition having y of 0.6 or less was Bi-based on the X-ray diffraction pattern shown in FIG.
2201 phase, but also includes B phase. The present inventors have discovered that this B phase also has a selective sensitivity to NO x gas ("Nozaki et al., 1994 (1994) Autumn 55th Annual Meeting of Japan Society of Applied Physics" Proceedings of the lecture,
No. See page 1, 65). Therefore, only the data relating to the composition in which y is 0.6 or less indicates that the Bi-2201 phase has NO x.
It cannot be determined if it has selective sensitivity to gas. However, since it is determined by the X-ray diffraction pattern of FIG. 8 that the compositions in which y is 0.8 and 1.0 do not include the B phase, the Bi-2201 phase also has a selective sensitivity to NO x gas. It can be said to have.

【0151】[実施例2]Bi−2201相の存在は1
987年に発見され(C. Michel他 Z.Phys. B68.1987,
P421、J. Akimitusu他 Jpn. J. Appl. Phys. 26 (198
7) L2080)、前記のSrの一部をNdで置換した例のほ
か、Srの一部をLa、Ce、Pr、Sm、Eu、G
d、Dy、Hoなど多くの希土類金属で置換できること
も知られている(T. Den他 Jpn. J. Appl. Phys., vol
27 (1988) L1620)。また、Srを含まないBi−220
1相の存在も知られている。たとえば文献(Y. Takemur
a他 Jpn. J. Appl. Phys. 27 (1988) L1864)にはBi2
CaLaCuOzが、文献(H. Sasakura他 Jpn. J. Ap
pl. Phys. 27 (1988) L1864)にはBi2Ca2-yPry
uOz(0.5≦y≦1)が、また、文献(H. Sasakura
他 Physica C 234 (1994)307)にはBi2+xCa2-x-y
yCuOz(Ln=La、Pr、Nd、Sm、Eu、G
d)が報告されている。これらの合成条件に従って表1
に示される組成物からなるガス検知部を作製し、これに
実施例1と同じ方法により電極を設けたのち、乾燥大気
中での常温から600℃までの温度条件での抵抗率の変
化、および0.5体積%の一酸化窒素(NO)ガス混合
清浄空気に対する350℃での感度比を測定した。本実
施例および本実施例以降では加熱ヒータをガス検知部に
設けず、雰囲気温度制御の可能な管状炉中に窒素酸化物
検出センサーを設置してガス検知部の温度を制御した。
その結果を表1に示す。表1において、感度比の欄の○
はRg/Raの値が1.1以上であることを△はRg/
Raの値が1.1より大きく、1より小さいことを、×
はこの測定の範囲内で全く感度を示さない(Rg/Ra
が1である)ことを示し、金属性の欄の○は350℃に
おいて金属的な電気伝導度を示すもの、×は350℃に
おいて非金属的な電気伝導度を示すものであることを、
相の欄は試料に含まれる相を表わし、「不純物」はわず
かの不明な不純物の共存を表わしている。表1に示され
るように、良好な感度比を示す(つまり、Rg/Raの
値が1.1以上の)材料は金属的な電気伝導度を示すも
のであることが判る。ただし、Biサイトの一部をPb
で置換したものはNOxガスに対す選択性は保持される
もののNOxガスに対する感度比が低下することも判
る。
[Example 2] The existence of the Bi-2201 phase is 1
Discovered in 987 (C. Michel et al. Z. Phys. B68.1987,
P421, J. Akimitusu et al. Jpn. J. Appl. Phys. 26 (198
7) L2080), in addition to the example in which a part of Sr is replaced with Nd, a part of Sr is La, Ce, Pr, Sm, Eu, G
It is also known that many rare earth metals such as d, Dy and Ho can be substituted (T. Den et al. Jpn. J. Appl. Phys., vol.
27 (1988) L1620). In addition, Bi-220 containing no Sr
The existence of one phase is also known. For example, the literature (Y. Takemur
a et al. Jpn. J. Appl. Phys. 27 (1988) L1864) has Bi 2
CaLaCuO z was published in the literature (H. Sasakura et al. Jpn. J. Ap.
pl. Phys. 27 (1988) L1864) contains Bi 2 Ca 2-y Pr y C
uO z (0.5 ≦ y ≦ 1) is also reported in the literature (H. Sasakura
Other Physica C 234 (1994) 307) has Bi 2 + x Ca 2-xy L
n y CuO z (Ln = La, Pr, Nd, Sm, Eu, G
d) is reported. According to these synthesis conditions, Table 1
A gas detection part made of the composition shown in Fig. 1 was prepared, and an electrode was provided on the gas detection part by the same method as in Example 1. Then, a change in resistivity under a temperature condition from room temperature to 600 ° C in a dry atmosphere, and The sensitivity ratio at 350 ° C. to 0.5% by volume nitric oxide (NO) gas-mixed clean air was measured. In this example and the subsequent examples, the heater was not provided in the gas detection part, and the nitrogen oxide detection sensor was installed in the tubular furnace capable of controlling the ambient temperature to control the temperature of the gas detection part.
Table 1 shows the results. In Table 1, ○ in the sensitivity ratio column
Indicates that the value of Rg / Ra is 1.1 or more. △ indicates Rg /
If the value of Ra is larger than 1.1 and smaller than 1, it means that
Shows no sensitivity within the range of this measurement (Rg / Ra
Is 1), and ○ in the metallic column indicates that the metallic conductivity at 350 ° C., and × indicates the non-metallic conductivity at 350 ° C.
The column of phases represents the phases contained in the sample, and “impurities” represent the coexistence of slight unknown impurities. As shown in Table 1, it is understood that the materials exhibiting a good sensitivity ratio (that is, Rg / Ra value of 1.1 or more) exhibit metallic electrical conductivity. However, part of the Bi site is Pb
It can also be seen that the one substituted with is reduced in the sensitivity ratio to the NO x gas although the selectivity to the NO x gas is retained.

【0152】[0152]

【表1】 [Table 1]

【0153】[実施例3]たとえば、Bi2-wPbwSr
1.8-wNd0.2+wCuOzで表わされる組成物において各
金属イオンの原子価がBiはほぼ+3価、Pbは+2
価、Srは+2価、Ndは+3価であることが知られて
いる。したがって、前記組成式中のwの値を変えても酸
素量zが大幅に変動しない限りCuの平均価数の変化は
小さいと考えられる。これら組成物や複合酸化物の系に
おいてホール濃度はCuの平均価数を+(2+δ)とす
るとδに比例することが知られている。したがって、前
記の組成式中のwの値を変えてもホール濃度の変化は小
さいと推定される。Agペーストで電極を焼き付けてえ
た前記の組成式においてwが0、0.2、0.4、0.
6および0.8である組成物を大気中で焼成することに
よりえ、この焼成物に実施例1と同じ方法で電極を設
け、窒素酸化物センサとし、大気中350℃における抵
抗率を測定したが、この抵抗率は前記wの値の違いによ
り殆ど差がみられなかった。これらの窒素酸化物センサ
を乾燥大気中、0.5体積%NOガス混合清浄空気中、
1体積%COガス混合清浄空気中および1体積%C38
ガス混合清浄空気中での350℃における電気抵抗率を
測定した。いずれの試料もCOやCH共存ガスに対して
抵抗率の変化は測定精度以下であり、選択検知性に優れ
ていることが判った。
[Embodiment 3] For example, Bi 2-w Pb w Sr
In the composition represented by 1.8-w Nd 0.2 + w CuO z , the valence of each metal ion is approximately +3 for Bi and +2 for Pb.
It is known that the valence, Sr is +2, and Nd is +3. Therefore, even if the value of w in the composition formula is changed, it is considered that the change in the average valence of Cu is small unless the oxygen amount z changes significantly. It is known that the hole concentration in the system of these compositions and complex oxides is proportional to δ when the average valence of Cu is + (2 + δ). Therefore, it is estimated that the change in hole concentration is small even if the value of w in the above composition formula is changed. In the above composition formula obtained by baking the electrode with Ag paste, w is 0, 0.2, 0.4, 0.
The composition of 6 and 0.8 was fired in the air, and the fired product was provided with electrodes in the same manner as in Example 1 to obtain a nitrogen oxide sensor, and the resistivity at 350 ° C. in the air was measured. However, this resistivity showed almost no difference due to the difference in the value of w. These nitrogen oxide sensors were placed in a dry atmosphere, 0.5% by volume NO gas mixed clean air,
1 volume% CO gas mixed clean air and 1 volume% C 3 H 8
The electrical resistivity at 350 ° C. in clean air mixed with gas was measured. It was found that the change of the resistivity with respect to the CO and CH coexisting gas was less than the measurement accuracy, and that all the samples had excellent selective detection.

【0154】NOxガスに対する感度比とPb組成含量
の関係を図14に示す。図14において縦軸は感度比
(Rg/Ra)、横軸はPb組成含量(w)を示す。図
14に示されるようにBi元素がPb元素により置換さ
れることにより急激に感度比が低下することが判る。以
上のように、Pb元素はBi−2201相中に混入する
ことは好ましくない。Pb元素が含まれるばあいは、w
の値が約0.2以下、すなわちPb元素が5重量%以下
であることが好ましい。
FIG. 14 shows the relationship between the sensitivity ratio to NO x gas and the Pb composition content. In FIG. 14, the vertical axis represents the sensitivity ratio (Rg / Ra) and the horizontal axis represents the Pb composition content (w). As shown in FIG. 14, it can be seen that the sensitivity ratio sharply decreases when the Bi element is replaced by the Pb element. As described above, it is not preferable that the Pb element is mixed in the Bi-2201 phase. If Pb element is included, w
Value of about 0.2 or less, that is, Pb element is preferably 5% by weight or less.

【0155】[実施例4]BiO1.5−SrO−CuO
の3元系の状態図は詳しく研究されており、この3元系
組成物において、Bi−2201相化合物の化学量論組
成はある程度の広がりを持っていることが知られてい
る。たとえば、文献(池田他、粉体および粉末冶金第3
6巻第5号(1989)108頁)には、図15に示す
状態図が示されている。図15は、Ba23、SrCO
3およびCuOの混合物を大気中で840℃で焼成する
ことによりえたBiO1.5−SrO−CuOの3元系の
状態図を示している。図15に示されるようにBi:S
r:Cu=2:2:1の組成(図中、点Bで示してい
る)ではB相(Bi17Sr16Cu7z)を主成分とする
混合相がえられ、Bi−2201相は生成しないことが
判る。一方、Bi−2201相は図中でAと記された領
域において生じ、Bi2+xSr2-xCu1-yz(0.1<
x0.5、0<y<x/2)の組成範囲のものであるこ
とが示されている。一方、Srの一部を希土類金属(L
n)で置換したBiO1.5−(Sr1-xLnx)Oz−Cu
Oの準3元系の状態図は不明であり、無置換の系と異な
っている点がある。すなわち、ある程度以上のLnの置
換ではBi:(Sr1-xLnx):Cu=2:2:1でも
B相はえられず、Bi−2201相の殆ど単一相がえら
れる。このばあい、Bi−2201相の化学量論組成に
どのような広がりがあるのかは判っていない。
[Example 4] BiO 1.5 -SrO-CuO
The phase diagram of the ternary system has been studied in detail, and it is known that in this ternary composition, the stoichiometric composition of the Bi-2201 phase compound has some extent. For example, the literature (Ikeda et al., Powder and powder metallurgy No. 3
Vol. 6, No. 5 (1989) p. 108) shows the state diagram shown in FIG. FIG. 15 shows Ba 2 O 3 and SrCO.
FIG. 3 shows a phase diagram of a BiO 1.5 —SrO—CuO ternary system obtained by firing a mixture of 3 and CuO at 840 ° C. in the atmosphere. As shown in FIG. 15, Bi: S
In the composition of r: Cu = 2: 2: 1 (indicated by point B in the figure), a mixed phase containing the B phase (Bi 17 Sr 16 Cu 7 O z ) as the main component is obtained, and the Bi-2201 phase is obtained. It turns out that is not generated. On the other hand, the Bi-2201 phase occurs in the region marked A in the figure, and Bi 2 + x Sr 2-x Cu 1-y O z (0.1 <
It is shown that the composition range is x0.5, 0 <y <x / 2). On the other hand, a part of Sr is rare earth metal (L
n) substituted BiO 1.5- (Sr 1-x Ln x ) O z -Cu
The phase diagram of the quasi-ternary system of O is unknown, and there is a difference from the unsubstituted system. That is, even if Bi: (Sr 1-x Ln x ): Cu = 2: 2: 1, the B phase cannot be obtained by substituting Ln to a certain degree or more, and almost a single phase of the Bi-2201 phase can be obtained. In this case, it is not known how the stoichiometric composition of the Bi-2201 phase extends.

【0156】そこで、式:Bi2Sr2-yLnyCuOz
おいて、Ln=La、y=1としたBi:(Sr0.5
0.5):Cu=2:2:1の組成を中心にBi、(S
0.5La0.5)またはCuの配合組成をそれぞれ±20
%増減させた6種類の試料を作製した。これら6種類の
試料の組成は図9の状態図(ただしSrOを(Sr0.5
La0.5)O1.25とした)中に(1)〜(6)の番号で
記した。(1)はCu元素を20%減少すなわち、配合
組成がBi2SrLaCu0.8zの試料である。同様
に、(2)は(Sr0.5La0.5)を20%増加、(3)
はBi元素を20%減少、(4)はCu元素を20%増
加、(5)は(Sr0.5La0.5)を20%減少および
(6)はBi元素20%増加した組成である。これらの
配合組成で秤量・混合した原料粉末の混合物を大気中、
840℃で30時間焼成した試料のX線回折パターンを
図17に示す。図17において、縦軸はX線回折強度I
(cps)、横軸は回折角2θ(deg)を示し、
(1)〜(6)は前記のそれぞれの組成物の回折パター
ンであることを示す。図17において○印をつけたピー
クがBi−2201相に対応するものであるが、それ以
外の不純物に起因するピークも多くみられる。ただし、
試料(4)(Cu元素を20%増加)の試料は比較的単
一相に近いことが判る。このデータからBi−2201
相の結晶構造を正方晶と仮定して見積もった格子定数を
図18および図19に示す。図18がa軸長、図19が
c軸長を示す。図18および図19に示されるようにa
軸長とc軸長とはよい相関を示し、試料(1)、(2)
および(3)は試料(4)、(5)および(6)に比べ
両格子定数共短い。以上の結果はBiO1.5−(Sr1-x
Lnx)Oz−CuOの準3元系の状態図においても、B
i−2201相の化学量論組成に広がりがあり、その格
子定数は組成に依存して大きく変わることが判った。
Therefore, in the formula: Bi 2 Sr 2-y Ln y CuO z , Bi: (Sr 0.5 L) where Ln = La and y = 1
a 0.5 ): Cu = 2: 2: 1 with a focus on Bi, (S
r 0.5 La 0.5 ) or Cu composition ± 20
Six types of samples were prepared, which were increased or decreased by%. The composition of these six types of samples is shown in the state diagram of FIG. 9 (however, SrO (Sr 0.5
La 0.5 ) O 1.25 )) and the numbers (1) to (6). (1) is a sample in which the Cu element is reduced by 20%, that is, the composition is Bi 2 SrLaCu 0.8 O z . Similarly, (2) increases (Sr 0.5 La 0.5 ) by 20%, and (3)
Is a composition in which the Bi element is decreased by 20%, (4) is an increase in the Cu element by 20%, (5) is a composition in which (Sr 0.5 La 0.5 ) is decreased by 20%, and (6) is a composition in which the Bi element is increased by 20%. In the air, a mixture of raw material powders weighed and mixed with these blending compositions,
The X-ray diffraction pattern of the sample baked at 840 ° C. for 30 hours is shown in FIG. In FIG. 17, the vertical axis represents the X-ray diffraction intensity I.
(Cps), the horizontal axis represents the diffraction angle 2θ (deg),
(1) to (6) show the diffraction patterns of the above-mentioned respective compositions. The peak marked with a circle in FIG. 17 corresponds to the Bi-2201 phase, but many peaks due to other impurities are also seen. However,
It can be seen that the sample (4) (increasing the Cu element by 20%) is relatively close to a single phase. From this data Bi-2201
Lattice constants estimated assuming that the crystal structure of the phase is tetragonal are shown in FIGS. 18 and 19. FIG. 18 shows the a-axis length, and FIG. 19 shows the c-axis length. As shown in FIG. 18 and FIG.
Axial length and c-axis length show good correlation, and samples (1) and (2)
The lattice constants of (3) and (3) are shorter than those of the samples (4), (5) and (6). The above results show that BiO 1.5 − (Sr 1-x
Also in the phase diagram of the quasi-ternary system of Ln x ) O z -CuO, B
It was found that the stoichiometric composition of the i-2201 phase has a spread and its lattice constant greatly changes depending on the composition.

【0157】これらの試料も実施例1と同じ方法で電極
を設け、乾燥大気および0.5%NOxガス混合清浄空
気雰囲気中350℃での抵抗率を測定した。えられた感
度比(Rg/Ra)は試料(1)が1.50、試料
(2)が1.20、試料(3)が1.07、試料(4)
が1.05、試料(5)が1.06、試料(6)が1.
03であった。ちなみにBi2SrLaCuOzの殆ど単
一相の試料では感度比は1.1であった。以上の結果か
ら、NOxガスに対する感度はBi−2201相の化学
量論組成、あるいは格子定数に強く依存し、Cu減少側
あるいは(Sr1-xLnx)増加側で良好であることが判
った。
These samples were also provided with electrodes in the same manner as in Example 1, and the resistivity at 350 ° C. was measured in a dry atmosphere and a 0.5% NO x gas mixed clean air atmosphere. The obtained sensitivity ratio (Rg / Ra) is 1.50 for sample (1), 1.20 for sample (2), 1.07 for sample (3), and sample (4).
Is 1.05, sample (5) is 1.06, and sample (6) is 1.
It was 03. Incidentally, the sensitivity ratio was 1.1 in the almost single-phase sample of Bi 2 SrLaCuO z . From the above results, it was found that the sensitivity to NO x gas strongly depends on the stoichiometric composition of the Bi-2201 phase or the lattice constant, and is good on the Cu decreasing side or the (Sr 1-x Ln x ) increasing side. It was

【0158】[実施例5]実施例4より感度比はBi−
2222相の化学量論組成に強く依存することが判った
ので実施例1を見直し、B相の含まれない試料の作製を
試みた。Nd無置換のばあい、Bi−2201相の単一
相がえられる組成範囲はBi2+xSr2-xCu1+y
z(0.1<x<0.5、0<y<x/2)であること
が知られているのでこの組成範囲の中間付近(中間は、
x=0.3、y=0.075である)の組成としてBi
2.2Sr1.75Cu1.05zを選択した。ここでの化学式は
全金属元素のモル数が5になるように変換したもの、す
なわち、Bi5(2+x)/(5+y)Sr5(2-x)/(5+y)Cu
5(1+y)/(5+y)zとした表示であるので実際にはx=
0.228、y=0.063である。そこでこの組成に
おけるSrの一部をNdで置換した試料の作製を試み
た。配合組成はBi2.2Sr1.75-yNdyCu1.05
z(y=0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.
0)である。合成条件は実施例1と同一とした。えられ
た試料の粉末X線回折を行なったところ、y=0、0.
2、0.4ではBi−2201相の単一相、yの値がそ
れ以上のときはBi−2201相が主相であるが不純物
を含み、yの増加により、その量も増加していることが
判った。BiO1.5−Sr1-yNdy1+y/2−CuO擬三
元系の状態図はyの増加と共に図15に示されたy=0
の状態図からずれていき、Bi−2201相の単一相が
えられる組成領域もyに依存して変化していることが判
明した。
[Embodiment 5] The sensitivity ratio is Bi-
Since it was found to strongly depend on the stoichiometric composition of the 2222 phase, Example 1 was reviewed and an attempt was made to prepare a sample containing no B phase. When Nd is not substituted, the composition range in which a single phase of Bi-2201 phase is obtained is Bi 2 + x Sr 2-x Cu 1 + y O
Since it is known that z (0.1 <x <0.5, 0 <y <x / 2), it is near the middle of this composition range (the middle is
x = 0.3, y = 0.075)
2.2 Sr 1.75 Cu 1.05 O z was selected. The chemical formula here is such that the number of moles of all metal elements is converted to 5 , that is, Bi 5 (2 + x) / (5 + y) Sr 5 (2-x) / (5 + y) Cu.
Since the display is 5 (1 + y) / (5 + y) O z , x =
0.228 and y = 0.063. Therefore, an attempt was made to prepare a sample in which a part of Sr in this composition was replaced with Nd. The compounding composition is Bi 2.2 Sr 1.75-y Nd y Cu 1.05 O
z (y = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.
0). The synthesis conditions were the same as in Example 1. When powder X-ray diffraction of the obtained sample was performed, y = 0, 0.
2, 0.4 is a single phase of the Bi-2201 phase, and when the value of y is more than that, the Bi-2201 phase is the main phase but contains impurities, and the amount thereof increases with the increase of y. I knew that. BiO 1.5 -Sr 1-y Nd y O 1 + y / 2 -CuO phase diagram y = 0 shown in FIG. 15 with increasing y pseudo ternary
It was found that the composition region in which a single phase of the Bi-2201 phase was obtained also changed depending on y.

【0159】そこで、えられた単一相試料のみの350
℃、0.5%NOに対するガス感度特性を評価した。結
果を図20に示す。本実施例で選択した組成は+2価の
Srサイトに+3価のNdがyモル置換されるばかりで
なく、ほぼ+3価のBiが0.2モル、+2価のCuが
0.05モル置換されると考えることができる。実施例
1と本実施例の結果を比較するためには同様のホール濃
度の試料を対応させる方が判りやすい。本実施例におけ
るyモルのNd置換した試料は実施例1と比較すると、
y+0.2の試料とホール濃度の観点からは対応する。
そこで、図20では横軸をy+0.2とした。また、図
13の実施例1の結果も横軸をyとして重ねて示した。
図20に示されるように本実施例のばあいもyの増加
(ホール濃度の低下)で単調に感度比は低下するが、そ
の変化の割合は急激であることが判る。ほとんどBi−
2201相の単一相であった実施例のy=0.8の試料
の感度比は本実施例の感度比のカーブを外挿した曲線
(図中、破線で示している)上にはない。したがって、
感度比を決定しているのはホール濃度だけではないとい
える。
Therefore, the obtained single-phase sample only 350
The gas sensitivity characteristics to 0 ° C. and 0.5% NO were evaluated. The results are shown in Fig. 20. In the composition selected in this example, not only +3 valent Nd is substituted by y mole on +2 valent Sr site, but also approximately +3 valent Bi is substituted by 0.2 mole and +2 valent Cu is substituted by 0.05 mole. Can be considered. In order to compare the results of Example 1 and this example, it is easier to understand that samples having similar hole concentrations correspond to each other. Compared to Example 1, the y mol Nd-substituted sample in this example is:
This corresponds to the y + 0.2 sample from the viewpoint of hole concentration.
Therefore, in FIG. 20, the horizontal axis is y + 0.2. Further, the results of Example 1 in FIG. 13 are also shown with the horizontal axis y.
As shown in FIG. 20, in the case of the present embodiment as well, it can be seen that the sensitivity ratio monotonously decreases as y increases (the hole concentration decreases), but the rate of change thereof is rapid. Almost Bi-
The sensitivity ratio of the sample of y = 0.8 in the single phase of 2201 phase is not on the curve (indicated by the broken line in the figure) obtained by extrapolating the curve of the sensitivity ratio of the present embodiment. . Therefore,
It can be said that the hole density is not the only factor that determines the sensitivity ratio.

【0160】[実施例6]つぎにBi2Sr1.4Nd0.6
CuOzの粉末に重量比で10%のAl23粉末を添加
し、これを原料として実施例1と同様の焼結体を作製し
た。X線回折で相の同定を行ったところ、Bi−220
1相に由来する回折ピークのほかに不明のピークが何本
かみられた。また、Bi−2201相の格子定数もAl
23を添加する前のBi−2201相の値とわずかなが
らの違いが認められた。この焼結体に実施例1と同じ方
法で電極を設け350℃の温度の雰囲気中でガス感度特
性を測定した。その結果0.5体積%NOxガス混合清
浄空気に対しては感度比はAl2O3無添加の試料に比べ
約15%の低下にとどまったが、1体積%COガス混合
清浄空気に対して、これ以上の抵抗率増加がみられた。
この結果は、Bi−2201相中にAlが取り込まれた
ためにNOxガスに対する感度に選択性が失われたため
であると推定される。したがって、Bi−2201相へ
のAl23添加は好ましくない。Alが含まれるばあい
は全体の1重量%未満であることが好ましい。
Example 6 Next, Bi 2 Sr 1.4 Nd 0.6 was used.
10% by weight of Al 2 O 3 powder was added to the CuO z powder, and a sintered body similar to that of Example 1 was produced using this as a raw material. When the phase was identified by X-ray diffraction, Bi-220
Several unknown peaks were found in addition to the diffraction peak derived from the 1st phase. Also, the lattice constant of the Bi-2201 phase is Al
A slight difference from the value of the Bi-2201 phase before the addition of 2 O 3 was observed. An electrode was provided on this sintered body by the same method as in Example 1, and the gas sensitivity characteristics were measured in an atmosphere at a temperature of 350 ° C. As a result, the sensitivity ratio for the 0.5% by volume NO x gas-mixed clean air was only about 15% lower than that for the sample without Al 2 O 3 , but for the 1% by volume CO gas-mixed clean air. Therefore, the resistivity was further increased.
This result is presumed to be due to the loss of the selectivity for the NO x gas due to the incorporation of Al in the Bi-2201 phase. Therefore, addition of Al 2 O 3 to the Bi-2201 phase is not preferable. When Al is contained, it is preferably less than 1% by weight of the whole.

【0161】[実施例7]Bi−2201相と反応を起
こさない絶縁体材料をBi−2201相を主成分とする
前記ガス検知部中に含有・分散するとガス感応特性にど
のような変化が生じるかを調べる実験を行った。このよ
うな絶縁材料として、MgOまたはSrTiO3やその
他酸化物超電導材料の薄膜合成に用いられる基板材料と
していくつかが知られている。ここではMgOを例とし
て選択し、MgOとBi2Sr1.4Nd0.6CuOzの粉末
を体積比で1−v:vの割合(1≧v≧0.2)で混合
し、プレス成形ののち、大気中、840℃で30時間の
焼成を行った。これらの試料にAg電極を焼き付け、大
気中、350℃での抵抗を測定した。えられた抵抗率は
vの減少と共に急激に上昇し、v<0.23では測定不
能となった。電気電導率(抵抗率の逆数)とvとの関係
はほぼ直線にのり、この直線はvが0.2のときで0に
外挿される。つぎに0.5体積%NOガス混合清浄空気
中、350℃での抵抗率を測定した。えられた感度比
(Rg/Ra)とvとの関係を図21に示す。図21に
示されるように感度比はvの減少に伴って単調に増加し
ている。この結果はMgOを添加することで焼結性が悪
くなり、雰囲気ガスがガス検知部の内部まで浸透し易く
なったためであると推定される。実際、とくにv<0.
5の試料の焼結性は非常に悪かった。
[Embodiment 7] When an insulating material which does not react with the Bi-2201 phase is contained / dispersed in the gas detection part containing the Bi-2201 phase as a main component, what kind of change occurs in the gas sensitivity characteristics. An experiment was conducted to find out. As such an insulating material, some are known as a substrate material used for thin film synthesis of MgO or SrTiO 3 or other oxide superconducting material. Here, MgO is selected as an example, and powders of MgO and Bi 2 Sr 1.4 Nd 0.6 CuO z are mixed at a volume ratio of 1-v: v (1 ≧ v ≧ 0.2), and after press molding, Firing was performed in the air at 840 ° C. for 30 hours. An Ag electrode was baked on these samples, and the resistance at 350 ° C. in the atmosphere was measured. The obtained resistivity rapidly increased with decreasing v, and became unmeasurable at v <0.23. The relationship between the electric conductivity (reciprocal of resistivity) and v is almost a straight line, and this straight line is extrapolated to 0 when v is 0.2. Next, the resistivity at 350 ° C. was measured in 0.5% by volume NO gas-mixed clean air. The relationship between the obtained sensitivity ratio (Rg / Ra) and v is shown in FIG. As shown in FIG. 21, the sensitivity ratio monotonically increases as v decreases. It is presumed that this result is because the addition of MgO deteriorates the sinterability and makes it easier for the atmospheric gas to permeate into the gas detection portion. In fact, in particular v <0.
The sinterability of sample 5 was very poor.

【0162】前記のようにBi−2201相の体積率を
減らすほど感度が向上するが、素子抵抗も上昇する。素
子の抵抗が余り高くなるとその抵抗測定の回路も複雑と
なるため、素子の寸法とMgOの含有量を調節して素子
抵抗値をある範囲内に制御する必要がある。これらの絶
縁体材料は素子抵抗値を計測可能な抵抗値(約100k
Ω)以下にするために、体積比で全体の75%以下であ
ることが好ましいことが判る。
As described above, the sensitivity is improved as the volume ratio of the Bi-2201 phase is reduced, but the element resistance is also increased. If the resistance of the element becomes too high, the circuit for measuring the resistance becomes complicated. Therefore, it is necessary to control the element resistance value within a certain range by adjusting the element size and the MgO content. These insulator materials have a resistance value (about 100 k) that can measure the element resistance value.
It can be seen that the volume ratio is preferably 75% or less of the whole in order to be Ω) or less.

【0163】[実施例8]Bi23、SrCO3、La2
3、Ln23(Ln=Sm、Eu、Gd、Dy)、C
uOの各粉末をBi:Sr:La:Ln:Cu=2:2
−x:2−y:x+y:2となるように秤量し、よく混
合した。ここでLn=Sm、Euのばあいにはx=0.
3、y=1.6とし、Ln=Gd、Dyのばあいにはx
=0.2、y=1.65とした。混合粉末を600kg
f/cm2の圧力でプレス成形し、大気中、800℃で
10時間の仮焼成を行ったのち、粉砕した。えられた粉
末を再び600kgf/cm2でプレス成形し、大気中
850℃で10時間の仮焼成を行い、粉砕した。えられ
た粉末は1000kgf/cm2で平板状にプレス成形
し、大気中で940℃で15時間の焼成を行った。えら
れた焼結体の粉末X線回折を行ったところ、文献(H. S
akakura et al.,Physica C 218 (1993) 695)に示されて
いるように殆どBi−2222相化合物の単一相である
ことが確認できた。これらの試料にも実施例1と同じ方
法で電極を設け、乾燥大気および0.5体積%NOガス
混合清浄空気雰囲気中350℃での抵抗率を測定した。
その結果、表1に示したようにいずれの試料も350℃
以上では金属的な電気伝導を示し、感度比も良好であっ
た。とくに、Ln=Dyのばあいが良好な感度比を示し
たが、この試料は焼結性に劣り、密度が低いために試料
の内部まで雰囲気ガスが浸透し易いためと推定される。
Example 8 Bi 2 O 3 , SrCO 3 and La 2
O 3 , Ln 2 O 3 (Ln = Sm, Eu, Gd, Dy), C
Each powder of uO was mixed with Bi: Sr: La: Ln: Cu = 2: 2.
Weighed so as to be -x: 2-y: x + y: 2 and mixed well. Here, in the case of Ln = Sm and Eu, x = 0.
3, and y = 1.6, and when Ln = Gd and Dy, x
= 0.2 and y = 1.65. 600 kg of mixed powder
It was press-molded at a pressure of f / cm 2 , calcinated in the air at 800 ° C. for 10 hours, and then pulverized. The obtained powder was press-molded again at 600 kgf / cm 2 , calcinated in the air at 850 ° C. for 10 hours, and then pulverized. The obtained powder was press-molded into a flat plate at 1000 kgf / cm 2 , and fired at 940 ° C. for 15 hours in the atmosphere. When the powder X-ray diffraction of the obtained sintered body was performed,
As shown in akakura et al., Physica C 218 (1993) 695), it was confirmed that the compound was almost a single phase of Bi-2222 phase compound. Electrodes were provided on these samples in the same manner as in Example 1, and the resistivity at 350 ° C. was measured in a dry atmosphere and a 0.5% by volume NO gas-mixed clean air atmosphere.
As a result, as shown in Table 1, all samples were 350 ° C.
Above, metallic electric conductivity was exhibited, and the sensitivity ratio was also good. In particular, the case where Ln = Dy showed a good sensitivity ratio, but it is presumed that this sample is inferior in sinterability and has a low density, so that the atmospheric gas easily permeates into the inside of the sample.

【0164】Bi−2222相は前記の組成以外に文献
(Y. Tokura et al.,Nature 342 (1989) 890)に示され
ている、Bi2Sr2(Ln1-xx2Cu2z(Lnは
希土類金属;X=Ce、Th)や文献(A. Schilling e
t al.,Physica C 185-189 (1991) 659)に示されている
Bi2Sr2Ln2Cu2z(Ln=Gd、Pr、Nd1-x
x)なども知られている。これらの組成のBi−22
22相も350℃以上で金属的な電気伝導を示すもの
は、350℃においてNOガスに対して感度を示した。
The Bi-2222 phase has Bi 2 Sr 2 (Ln 1-x X x ) 2 Cu 2 shown in the literature (Y. Tokura et al., Nature 342 (1989) 890) in addition to the above composition. Oz (Ln is a rare earth metal; X = Ce, Th) and literature (A. Schilling e
Bi 2 Sr 2 Ln 2 Cu 2 O z (Ln = Gd, Pr, Nd 1-x shown in Tal., Physica C 185-189 (1991) 659).
Y x ), etc. are also known. Bi-22 of these compositions
The 22 phase also shows metallic electrical conductivity at 350 ° C. or higher, and showed sensitivity to NO gas at 350 ° C.

【0165】[実施例9]前記の実施例1〜8では、1
対の第1電極を設け、その電極にDC電圧を通電してガ
ス検知部の抵抗を求める方法をとったが、たとえば1対
の第1電極が形成された中間の領域に、さらに別の1対
の直線形状で構成した第2電極を設け、ガス検知部の抵
抗率を求める方法を採用してもよい(図3参照)。この
本方法のばあい、1対の第1電極に第1電極のリード線
を介してDC電圧を印加して電流を流し、別の1対の第
2電極の両端の電圧を第2電極のリード線を介して検出
し、ガス検知部の抵抗率を求める。これにより、ガス検
知部と第1電極の接続抵抗または界面抵抗、あるいはガ
ス検知部と第2電極の接続抵抗または界面抵抗が無視で
きるため、ガス検知部の抵抗はセンサの製作ロット上に
おいて、非常に安定してバラツキが少なく、歩留がよ
い。また、ガス検出精度も良好といえる。
[Embodiment 9] In the above Embodiments 1 to 8, 1
Although a pair of first electrodes is provided and a DC voltage is applied to the pair of electrodes to obtain the resistance of the gas detection unit, for example, another electrode is formed in an intermediate region where the pair of first electrodes is formed. A method of determining the resistivity of the gas detector may be adopted by providing a second electrode having a pair of linear shapes (see FIG. 3). In the case of this method, a DC voltage is applied to the pair of first electrodes through the lead wire of the first electrode to pass a current, and the voltage across the other pair of second electrodes is applied to the second electrode. The resistivity of the gas detector is obtained by detecting it through the lead wire. As a result, the connection resistance or interface resistance between the gas detection section and the first electrode, or the connection resistance or interface resistance between the gas detection section and the second electrode can be ignored. Very stable and less variation, and good yield. It can also be said that the gas detection accuracy is good.

【0166】[実施例10]実施例10では、ガス検知
部を膜状で構成したばあいを説明する(図4および図5
参照)。ガス検知膜形成法として、たとえば組成物粉と
有機物を練り合わせたペーストを、セラミック基板上に
スクリーン印刷する方法や、粘度の小さいペーストを基
板上にスピンコートする方法、さらに蒸着法やスパッタ
リング法により組成物薄膜を形成する方法なども考えら
れる。このばあいの窒素酸化物検出センサは図4および
図5に示されるが、ガス検知膜をセラミック基板の上に
形成し、ガス検知膜の表面にたとえば対向した1対の直
線形状で構成した第1電極を形成し、さらにセラミック
基板の裏面に加熱ヒータを形成したばあい、実施例1と
ほぼ同様なガス感度特性を確保でき、本発明の目的は達
せられる。
[Embodiment 10] In Embodiment 10, description will be made on the case where the gas detector is formed in a film shape (FIGS. 4 and 5).
reference). As a gas detection film forming method, for example, a method of screen-printing a paste prepared by kneading a composition powder and an organic material on a ceramic substrate, a method of spin-coating a paste having a low viscosity on the substrate, and a vapor deposition method or a sputtering method. A method of forming an object thin film is also possible. The nitrogen oxide detection sensor in this case is shown in FIGS. 4 and 5, and the first gas sensor is formed by forming a gas detection film on a ceramic substrate and forming a pair of linear shapes facing the surface of the gas detection film, for example. When the electrodes are formed and further the heater is formed on the back surface of the ceramic substrate, the gas sensitivity characteristic almost similar to that of the first embodiment can be secured, and the object of the present invention can be achieved.

【0167】Bi2Sr1.4Nd0.6CuOz組成の膜状の
窒素酸化物検出センサ(図4および図5参照)における
NOガス吸・脱着応答性について測定した結果を図22
の感応特性図に示す。図22において、縦軸は素子抵抗
値(Ω)を示し、横軸は経過時間(分)を示す。また、
図22中のINはガス検知部に0.5%のNOガスを吸
着・封入したことを示し、OUTはガス検知部に空気を
吹き付けてNOガスが離脱したことを示す。図22に示
すとおり、本実施例9の膜状の方が実施例1のバルク体
と比べて感度が高く、さらに特性の飽和時間が短く性能
が良好であった。
FIG. 22 shows the results of measurement of NO gas absorption / desorption response in a film-shaped nitrogen oxide detection sensor having a composition of Bi 2 Sr 1.4 Nd 0.6 CuO z (see FIGS. 4 and 5).
Is shown in the sensitivity characteristic diagram of. In FIG. 22, the vertical axis represents the element resistance value (Ω), and the horizontal axis represents the elapsed time (minutes). Also,
In FIG. 22, IN indicates that 0.5% NO gas was adsorbed and sealed in the gas detection unit, and OUT indicates that NO gas was released by blowing air onto the gas detection unit. As shown in FIG. 22, the film of Example 9 had higher sensitivity than the bulk body of Example 1, and the saturation time of the characteristic was short and the performance was good.

【0168】[実施例11]実施例9と同じ方法により
構成されたガス検知部および第1電極あるいは第2電極
を形成したのち、さらにその上にPtまたはPdの貴金
属元素が活性アルミナまたはゼオライト中に5%程度を
担持され、前述の共存ガスHC、COなどを酸化発熱反
応により除去することが可能な燃焼触媒や還元・除去触
媒を固着したものも、窒素酸化物の選択検出に有効とい
える。
[Embodiment 11] A gas detecting portion and a first electrode or a second electrode constructed by the same method as in Embodiment 9 are formed, and then a noble metal element of Pt or Pd is further formed on the active alumina or zeolite. It is also effective to selectively detect nitrogen oxides if a combustion catalyst or reduction / removal catalyst capable of removing the above-mentioned coexisting gases HC, CO, etc. by the oxidative exothermic reaction is adhered to about 5% of the above. .

【0169】本センサの側断面図を図23に示すが、ガ
ス検知部28と第1の電極29の上に、ハニカム状燃焼
触媒31が固着される。本センサを用いて行ったガス実
験の結果を図24の感応特性図に示す。図24におい
て、縦軸は素子抵抗値(Ω)、横軸は測定ガスの濃度
(%)を示し、図中の実線は触媒31を設けたもののデ
ータを示し、破線は触媒31を設けないもののデータを
示す。測定はそれぞれCOガスおよびNOガス混合清浄
空気のもとで行った。実線で示したハニカム状燃焼触媒
31なしのばあいは、COに対してガス検知部28の抵
抗値が若干上昇しており多少のガス感度を有している。
一方、破線で示したハニカム状燃焼触媒31ありのばあ
いは、COに全く感度を示さず依存性がないことが判
る。
A side sectional view of the present sensor is shown in FIG. 23. A honeycomb combustion catalyst 31 is fixed on the gas detector 28 and the first electrode 29. The result of the gas experiment conducted using this sensor is shown in the sensitive characteristic diagram of FIG. In FIG. 24, the vertical axis represents the element resistance value (Ω), the horizontal axis represents the concentration (%) of the measurement gas, the solid line in the figure shows the data with the catalyst 31 provided, and the broken line shows the data without the catalyst 31 provided. Show the data. The measurement was carried out under clean air mixed with CO gas and NO gas, respectively. In the case without the honeycomb combustion catalyst 31 shown by the solid line, the resistance value of the gas detection unit 28 is slightly increased with respect to CO, and the gas detection unit 28 has some gas sensitivity.
On the other hand, in the case of the honeycomb combustion catalyst 31 shown by the broken line, it is understood that CO has no sensitivity and no dependence.

【0170】なお、前記ガス検知部、前記第1電極、第
2電極への燃焼触媒の形成法として、以下の方法もあ
り、前記と同様の特性を有することが判っている。
As a method of forming the combustion catalyst on the gas detecting portion, the first electrode and the second electrode, there is the following method, which is known to have the same characteristics as described above.

【0171】(1)ゼオライト中に5%程度のPtまた
はPdなどの元素が含まれたものを溶液状にして、ガス
検知部1の表面に50μ程度の厚さでスクリーン印刷
し、焼結させる方法。
(1) Zeolite containing an element such as Pt or Pd in an amount of about 5% is made into a solution and screen-printed on the surface of the gas detection unit 1 to a thickness of about 50 μm and sintered. Method.

【0172】(2)また、前記ガス検知部1中にPtま
たはPdなどの元素を含有・分散させる方法。
(2) A method of containing and dispersing an element such as Pt or Pd in the gas detector 1.

【0173】[比較例1]特開平3−13854号公報
記載のNOxガス検知素子(徳山ソーダ社/セグロ技研
社製TFN−11(商品名ポータブル型NOx濃度
計))(図25参照)により、NO,HCおよびCOの
それぞれのガス検知特性を評価した。評価結果を図26
に示す。図26において、縦軸はガスの検知素子の抵抗
値(kΩ)、横軸は測定ガスの濃度(%)を示す。この
評価において、NOxガス検知素子の温度は450℃程
度に設定した。図26から明らかなように、NOに関し
ては、その濃度が高くなるに従って検知素子の抵抗が高
くなるが、一方HCおよびCOに関しては、その濃度が
高くなるに従って抵抗値が低くなることが判った。すな
わちこの測定により、特開平3−13854号公報記載
のNOxガス検知素子によれば、共存ガス成分HCまた
はCOの存在によりガス検知素子の抵抗値が変化し、こ
れがNOxガス濃度の検出のために悪影響(ノイズ)と
なることが判った。
[Comparative Example 1] A NO x gas detecting element described in JP-A-3-13854 (TFN-11 (trade name portable type NO x concentration meter manufactured by Tokuyama Soda / SEGLO GIKEN)) (see FIG. 25). The gas detection characteristics of NO, HC and CO were evaluated by. Figure 26 shows the evaluation results.
Shown in In FIG. 26, the vertical axis represents the resistance value (kΩ) of the gas detection element, and the horizontal axis represents the concentration (%) of the measurement gas. In this evaluation, the temperature of the NO x gas detecting element was set to about 450 ° C. As is clear from FIG. 26, the resistance of the sensing element increases as the concentration of NO increases, while the resistance of HC and CO decreases as the concentration increases. That is, according to this measurement, according to the NO x gas detecting element described in JP-A-3-13854, the resistance value of the gas detecting element changes due to the presence of the coexisting gas component HC or CO, which causes the NO x gas concentration to be detected. Therefore, it has been found that it causes an adverse effect (noise).

【0174】つぎに、前記と同じガス検知素子を用い
て、この素子温度を450℃程度に設定し、NOが0.
5%一定の雰囲気において、NOxの測定を開始し、測
定開始から20分経過後にHC、COを吸着・封入した
ばあいの感ガス特性を測定した。この測定結果を図27
に示す。図27において、縦軸はガス検知素子の抵抗値
(kΩ)、横軸は測定の経過時間(分)を示す。図27
から明らかなように、ガス検知素子の素子抵抗は共存ガ
ス成分HC、COなしの間は一定であったが、HC、C
Oを吸着・封入後には大幅に低下した。
Next, using the same gas detecting element as described above, the element temperature is set to about 450 ° C., and NO is 0.
The measurement of NO x was started in an atmosphere of 5% constant, and 20 minutes after the start of measurement, the gas-sensitive characteristics were measured when HC and CO were adsorbed and enclosed. This measurement result is shown in FIG.
Shown in In FIG. 27, the vertical axis represents the resistance value (kΩ) of the gas detection element, and the horizontal axis represents the elapsed time (minutes) of measurement. FIG.
As is clear from the above, the element resistance of the gas detection element was constant while the coexisting gas components HC and CO were absent.
After the adsorption and encapsulation of O, it decreased significantly.

【0175】[0175]

【発明の効果】本発明における窒素酸化物センサによる
と、ガス検知部がBi−2201相複合酸化物またはB
i−2222相複合酸化物もしくはこれらの複合酸化物
を含む組成物からなるのでNOxガスに対する選択的な
感知特性を有する。
According to the nitrogen oxide sensor of the present invention, the gas detecting portion has a Bi-2201 phase composite oxide or B
i-2222 phase complex oxide or since a composition containing these composite oxides having selective sensing characteristics for NO x gases.

【0176】また、本発明における窒素酸化物センサ
は、ガス検知部が使用温度以上で金属的な電気電導度を
有するものなので、NOガスの吸着によるホール濃度の
低下により、金属−非金属転移をもたらし、大きな抵抗
値変化がえられる。
Further, in the nitrogen oxide sensor according to the present invention, since the gas detecting portion has a metallic electric conductivity at the working temperature or higher, the hole concentration is lowered by the adsorption of NO gas, so that the metal-nonmetal transition occurs. This results in a large resistance change.

【0177】また、本発明における窒素酸化物センサ
は、ガス検知部がBi−2201相複合酸化物またはこ
の組成物もしくはBi−2222相複合酸化物またはこ
の組成物の量が総量で25重量%以上であり、検知部の
抵抗率が極端に高くならず充分な検知特性がえられる。
Further, in the nitrogen oxide sensor according to the present invention, the gas detecting portion has the Bi-2201 phase composite oxide or its composition or the Bi-2222 phase composite oxide or this composition in a total amount of 25% by weight or more. Therefore, the resistivity of the detection section does not become extremely high, and sufficient detection characteristics can be obtained.

【0178】また、本発明における窒素酸化物センサ
は、ガス検知部に不純物として混入する前記式(I)ま
たは式(IV)により表わされる複合酸化物、もしくは式
(II)または式(III)により表わされる組成物の金属
元素以外に含まれるAl元素が1重量%未満であるので
NOxガスに対する選択的な検知感度を有する。
Further, the nitrogen oxide sensor according to the present invention has the complex oxide represented by the above formula (I) or (IV) mixed in the gas detection portion as an impurity, or the complex oxide represented by the formula (II) or (III). Since the Al element contained in the composition shown in addition to the metal element is less than 1% by weight, it has selective detection sensitivity to NO x gas.

【0179】また、本発明における窒素酸化物センサ
は、ガス検知部に不純物として混入する前記式(I)ま
たは式(IV)により表わされる複合酸化物、もしくは式
(II)または式(III)により表わされる組成物の金属
元素以外に含まれるPb元素が5重量%以下であるの
で、NOxガスに対する充分な検知感度を有する。
Further, the nitrogen oxide sensor according to the present invention comprises the compound oxide represented by the above formula (I) or (IV) mixed in the gas detection portion as an impurity, or the complex oxide represented by the formula (II) or (III). Since the Pb element contained in the composition represented in addition to the metal element is 5% by weight or less, it has sufficient detection sensitivity for NO x gas.

【0180】また、本発明における窒素酸化物センサ
は、Bi−2201相またはBi−2222相と反応し
ないMgOまたはSrTiO3などの絶縁体材料がガス
検知部に含まれることにより、ガス検知部の抵抗率を所
望の値に高めることができ、NOxガスの濃度に応じた
抵抗率変化が大きくなるために、濃度検知の感度が向上
する。さらに、このような添加物が存在することによっ
て検知部を構成する複合酸化物または組成物の緻密さが
乱されるために、前記複合酸化物または組成物の内部ま
で雰囲気ガスが浸透し易くなりさらに検知感度が向上
し、またNOxガスの吸着および脱離も短時間で行うこ
とができるので検知の応答速度が速くなる。
Further, in the nitrogen oxide sensor of the present invention, the resistance of the gas detecting section is improved by including an insulating material such as MgO or SrTiO 3 which does not react with the Bi-2201 phase or the Bi-2222 phase in the gas detecting section. it is possible to increase the rate to a desired value, in order to resistivity changes depending on the concentration of the NO x gas is increased to improve the sensitivity of the density detection. Further, since the presence of such an additive disturbs the denseness of the composite oxide or composition forming the detection part, the atmospheric gas easily penetrates into the interior of the composite oxide or composition. Further, the detection sensitivity is improved, and the adsorption and desorption of NO x gas can be performed in a short time, so that the response speed of detection is increased.

【0181】また、本発明における窒素酸化物センサは
ガス検知部が、バルク状の薄板形状であることにより、
ガス検知部の強度を高くしえ、また安価に製造すること
ができる。
Further, in the nitrogen oxide sensor according to the present invention, the gas detecting portion has a bulky thin plate shape,
It is possible to increase the strength of the gas detector and to manufacture it at low cost.

【0182】また、本発明における窒素酸化物センサは
ガス検知部が膜状であることにより、バルク状の薄板形
状のものに比較し、高価ではあるが感度や応答性を高め
られる。
Further, the nitrogen oxide sensor according to the present invention has the gas detecting portion in the form of a film, so that the sensitivity and the responsiveness can be improved, although they are more expensive than those in the bulk thin plate shape.

【0183】また、本発明における窒素酸化物センサ
は、ガス検知部の抵抗率の変化を、耐酸化性および耐腐
食性を有する電極により測定しうるので、信頼性、再現
性が高く、また、寿命も長くなる。
Further, in the nitrogen oxide sensor of the present invention, since the change in the resistivity of the gas detecting portion can be measured by the electrodes having the oxidation resistance and the corrosion resistance, the reliability and reproducibility are high, and The life will be extended.

【0184】また、本発明における窒素酸化物センサ
は、ガス検知部の抵抗率の変化を、2対の電極により構
成されるものを用いることにより、ガス検知部と電極と
の接続抵抗および界面抵抗が無視しうる。
In the nitrogen oxide sensor of the present invention, the change in the resistivity of the gas detecting section is made up of two pairs of electrodes, so that the connection resistance and interface resistance between the gas detecting section and the electrodes are changed. Can be ignored.

【0185】また、本発明における窒素酸化物センサ
は、ガス検知部を加熱するための加熱ヒータが設けるこ
とにより、ガス検知部を所望の温度に加熱し、最適条件
でガス検知しうる。
Further, in the nitrogen oxide sensor of the present invention, by providing the heater for heating the gas detecting section, the gas detecting section can be heated to a desired temperature and the gas can be detected under the optimum conditions.

【0186】また、本発明における窒素酸化物センサ
は、触媒フィルタを設けることによりNOx以外のたと
えばHCやCOなどの混合ガスを充分に除去できるので
NOxと共存するこのHCやCOなどのガスのノイズを
さらに抑制しえ、好適なNOxの選択的検知特性を向上
させうる。
Further, in the nitrogen oxide sensor of the present invention, by providing a catalyst filter, it is possible to sufficiently remove a mixed gas other than NO x , such as HC and CO, so that gas such as HC and CO that coexists with NO x. Noise can be further suppressed, and preferable selective detection characteristics of NO x can be improved.

【0187】また、本発明における窒素酸化物センサ
は、PtまたはPdなどの白金族金属の微粒子がガス検
知部の内部に分散させるかまたは表面に担持させること
により、NOx以外のたとえばHCやCOなどの混合ガ
スを充分に除去できるのでNOxと共存するこのHCや
COなどのガスのノイズをさらに抑制しえ、好適なNO
xの選択的検知特性を向上させうる。
Further, in the nitrogen oxide sensor of the present invention, fine particles of platinum group metal such as Pt or Pd are dispersed inside the gas detecting portion or are carried on the surface of the gas, so that, for example, HC or CO other than NO x can be obtained. Since the mixed gas such as HC can be sufficiently removed, the noise of the gas such as HC and CO coexisting with NO x can be further suppressed, and the preferable NO
The selective detection characteristic of x can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の窒素酸化物センサの実施態様を示す
平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a nitrogen oxide sensor of the present invention.

【図2】 本発明の窒素酸化物センサの実施態様を示す
底面図である。
FIG. 2 is a bottom view showing an embodiment of the nitrogen oxide sensor of the present invention.

【図3】 本発明の窒素酸化物センサの別の実施態様を
示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing another embodiment of the nitrogen oxide sensor of the present invention.

【図4】 本発明の窒素酸化物センサのさらに別の実施
態様を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing still another embodiment of the nitrogen oxide sensor of the present invention.

【図5】 図4における本発明の窒素酸化物センサのa
−a線断面図である。
FIG. 5 a of the nitrogen oxide sensor of the present invention in FIG.
FIG.

【図6】 本発明の窒素酸化物センサのさらに別の実施
態様を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing still another embodiment of the nitrogen oxide sensor of the present invention.

【図7】 図6における本発明の窒素酸化物センサのb
−b線断面図である。
7 b of the nitrogen oxide sensor of the present invention in FIG.
It is a -b line sectional view.

【図8】 本発明の窒素酸化物センサの検知部を構成す
る組成物、Bi2Sr2-yNdyCuOzの粉末X線回折パ
ターンである。
FIG. 8 is a powder X-ray diffraction pattern of Bi 2 Sr 2-y Nd y CuO z , which is a composition constituting the detection part of the nitrogen oxide sensor of the present invention.

【図9】 本発明の窒素酸化物センサの検知部を構成す
る組成物、Bi2Sr2-yNdyCuOzの抵抗率の温度依
存性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the temperature dependence of the resistivity of Bi 2 Sr 2 -y Nd y CuO z , which is a composition constituting the detection part of the nitrogen oxide sensor of the present invention.

【図10】 本発明の窒素酸化物センサの検知部を構成
する組成物、Bi2Sr2-yNdyCuOzの抵抗率の温度
依存性を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the temperature dependence of the resistivity of Bi 2 Sr 2 -y Nd y CuO z , which is a composition constituting the detection part of the nitrogen oxide sensor of the present invention.

【図11】 実施例1〜8において用いた窒素酸化物セ
ンサの検知部の抵抗率を測定するための等価回路の図で
ある。
FIG. 11 is a diagram of an equivalent circuit for measuring the resistivity of the detection portion of the nitrogen oxide sensor used in Examples 1 to 8.

【図12】 実施例1の窒素酸化物センサの検知部を構
成する組成物、Bi2Sr2-yNdyCuOzの0.5体積
%NOガス混合清浄空気に対する感度比の温度依存性を
示す図である。
FIG. 12 shows the temperature dependence of the sensitivity ratio of the composition constituting the detection part of the nitrogen oxide sensor of Example 1, Bi 2 Sr 2 -y Nd y CuO z , to 0.5 vol% NO gas mixed clean air. FIG.

【図13】 実施例1の窒素酸化物センサの検知部を構
成する組成物、Bi2Sr2-yNdyCuOzの350℃に
おける感度比と組成物の構成を示すyの値との関係を示
す図である。
13 is a diagram showing the relationship between the sensitivity ratio of Bi 2 Sr 2 -y Nd y CuO z at 350 ° C., which is the composition of the detector of the nitrogen oxide sensor of Example 1, and the value of y indicating the composition of the composition. FIG.

【図14】 実施例3の窒素酸化物センサの検知部を構
成する複合酸化物、Bi2-wPbwSr1.8-wNd0.2-w
uOzの350℃における感度比と組成物の構成を示す
wの値との関係を示す図である。
FIG. 14 is a composite oxide constituting the detection part of the nitrogen oxide sensor of Example 3, Bi 2-w Pb w Sr1.8 -w Nd 0.2-w C.
is a diagram showing the relationship between the value of w illustrating a configuration of a sensitivity ratio and composition in 350 ° C. of uO z.

【図15】 文献記載のBiO1.5−SrO−CuOの
3元系の、大気中840℃での状態図である。
FIG. 15 is a phase diagram of a BiO 1.5 —SrO—CuO ternary system described in the literature at 840 ° C. in the atmosphere.

【図16】 実施例4におけるBiO1.2−(Sr0.5
0.5)O1.25−CuOの3元系の組成の説明図であ
る。
FIG. 16 shows BiO 1.2 − (Sr 0.5 L in Example 4).
a 0.5) is an illustration of the composition of the ternary O 1.25 -CuO.

【図17】 実施例4の窒素酸化物センサの検知部を構
成する組成物(1)〜(6)のX線回折パターンであ
る。
FIG. 17 is an X-ray diffraction pattern of compositions (1) to (6) constituting the detection part of the nitrogen oxide sensor of Example 4.

【図18】 実施例4の窒素酸化物センサの検知部を構
成する組成物(1)〜(6)のBi−2201相の格子
定数を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing the lattice constants of the Bi-2201 phase of compositions (1) to (6) constituting the detection part of the nitrogen oxide sensor of Example 4.

【図19】 実施例4の窒素酸化物センサの検知部を構
成する組成物(1)〜(6)のBi−2201相の格子
定数を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing the lattice constants of the Bi-2201 phase of the compositions (1) to (6) constituting the detection part of the nitrogen oxide sensor of Example 4.

【図20】 実施例5の窒素酸化物センサの検知部を構
成する組成物、Bi2Sr1.75-yNdyCu1.05zの3
50℃における感度比と組成物の組成を示すy+0.2
の値との関係を示す図である。
FIG. 20: Composition of Bi 2 Sr 1.75-y Nd y Cu 1.05 O z , which is a composition constituting the detection part of the nitrogen oxide sensor of Example 5,
Y + 0.2 showing the sensitivity ratio at 50 ° C. and the composition of the composition
It is a figure which shows the relationship with the value of.

【図21】 実施例7の窒素酸化物センサの検知部を構
成する組成物、Bi2Sr1.4Nd0.6CuOzにMgOが
v:v−1の体積比で含有・分散された組成物の0.5
体積%NOガス混合清浄空気に対する350℃における
感度比を示す図である。
21 is a graph showing the composition of the detection part of the nitrogen oxide sensor of Example 7, Bi 2 Sr1.4Nd0.6CuO z, in which MgO is contained / dispersed in a volume ratio of v: v−1. .5
It is a figure which shows the sensitivity ratio in 350 degreeC with respect to the volume% NO gas mixed clean air.

【図22】 実施例9の窒素酸化物センサのNOガス吸
着・脱離応答性の評価結果を示す感応特性図である。
FIG. 22 is a response characteristic diagram showing evaluation results of NO gas adsorption / desorption responsiveness of the nitrogen oxide sensor of Example 9.

【図23】 実施例11の窒素酸化物センサの側面図で
ある。
23 is a side view of the nitrogen oxide sensor of Example 11. FIG.

【図24】 実施例11の窒素酸化物センサのNOガス
吸着・脱離応答性の評価結果を示す感応特性図である。
FIG. 24 is a response characteristic diagram showing evaluation results of NO gas adsorption / desorption responsiveness of the nitrogen oxide sensor of Example 11.

【図25】 従来の窒素酸化物センサの平面図である。FIG. 25 is a plan view of a conventional nitrogen oxide sensor.

【図26】 比較例1の窒素酸化物センサ(従来の窒素
酸化物センサ)のNOX、HCおよびCOのガス測定実
験の結果を示す感応特性図である。
26 is a NO X, sensitive characteristic diagram showing the results of gas measurement experiment of HC and CO in nitrogen oxide sensor of Comparative Example 1 (nitrogen oxide sensor of the prior art).

【図27】 比較例1の窒素酸化物センサ(従来の窒素
酸化物センサ)のNOX、HCおよびCOのガス測定実
験の結果を示す感応特性図である。
FIG. 27 is a response characteristic diagram showing the result of a gas measurement experiment of NO X , HC and CO of the nitrogen oxide sensor of Comparative Example 1 (conventional nitrogen oxide sensor).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガス検知部、1b ガス検知部(裏面)、2 電
極、3 電極のリード線、4 加熱ヒータ、5 加熱ヒ
ータのリード線、6 ガス検知部、7 第1の電極、8
第1の電極のリード線、9 第2の電極、10 第2
の電極のリード線、11 加熱ヒータのリード線、12
基板、13 ガス検知部、14 電極、15 電極の
リード線、16 加熱ヒータ、17 加熱ヒータのリー
ド線、18 ガス検知部、19 電極、20 電極のリ
ード線、21 加熱ヒータ、22 加熱ヒータのリード
線、23 触媒層、24 窒素酸化物センサ、25 ガ
ス検知部抵抗、26 加熱ヒータ抵抗、27 固定抵
抗、28 ガス検知部、29 電極、30 加熱ヒー
タ、31 ハニカム状燃焼触媒、32 加熱ヒータ、3
3 加熱ヒータのリード線、34 ガス検知部、35
電極、36 電極のリード線。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 gas detection part, 1b gas detection part (back surface), 2 electrodes, 3 electrode lead wire, 4 heating heater, 5 heating heater lead wire, 6 gas detection part, 7 first electrode, 8
1st electrode lead wire, 9 2nd electrode, 10 2nd
Electrode lead wire, 11 heater heater lead wire, 12
Substrate, 13 Gas detection part, 14 electrodes, 15 electrode lead wire, 16 heating heater, 17 heating heater lead wire, 18 Gas detection part, 19 electrode, 20 electrode lead wire, 21 heating heater, 22 heating heater lead Wire, 23 catalyst layer, 24 nitrogen oxide sensor, 25 gas detection part resistance, 26 heating heater resistance, 27 fixed resistance, 28 gas detection part, 29 electrode, 30 heating heater, 31 honeycomb combustion catalyst, 32 heating heater, 3
3 Lead wire of heater, 34 Gas detector, 35
Electrode, 36-electrode lead wire.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 隆 鎌倉市大船二丁目14番40号 三菱電機株式 会社住環境研究開発センター内 (72)発明者 安井 克明 姫路市千代田町840番地 三菱電機株式会 社姫路製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takashi Yoshida 2-14-40 Ofuna, Kamakura City Mitsubishi Electric Corporation Living Environment Research and Development Center (72) Inventor Katsuaki Yasui 840 Chiyoda-cho, Himeji Mitsubishi Electric Stock Association Inside the Himeji Works

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 式(I): Bi2+x(Sr1-aCaa2-x-y-bLnyCu1+bz (I) (式中、Lnは希土類金属であり、x、y、z、aおよ
びbはつぎの関係式をみたすものである:0≦x≦0.
5、0≦x+y≦1、0≦a≦1、−0.1≦b≦x/
2、z≧6)により表わされる複合酸化物を主成分とす
るガス検知部と、該検知部に設けられた電極とを備える
窒素酸化物センサ。
1. A formula (I): Bi 2 + x (Sr 1-a Ca a) 2-xyb Ln y Cu 1 + b O z (I) ( wherein, Ln is a rare earth metal, x, y , Z, a and b satisfy the following relations: 0 ≦ x ≦ 0.
5, 0 ≦ x + y ≦ 1, 0 ≦ a ≦ 1, −0.1 ≦ b ≦ x /
2. A nitrogen oxide sensor provided with a gas detection section containing a complex oxide represented by z ≧ 6) as a main component and an electrode provided in the detection section.
【請求項2】 式(II): Bi2Sr2-yNdyCuOz (II) (式中、yおよびzはつぎの関係式をみたすものであ
る:0<y<1、z≧6)により表わされる組成物を主
成分とするガス検知部と、該検知部に設けられた電極と
を備える窒素酸化物センサ。
2. Formula (II): Bi 2 Sr 2-y Nd y CuO z (II) (where y and z satisfy the following relational expression: 0 <y <1, z ≧ 6). A nitrogen oxide sensor comprising a gas detecting section containing a composition represented by the above as a main component, and an electrode provided in the detecting section.
【請求項3】 式(III): Bi2Sr2-y+aLayCu1-bz (III) (式中、y、zおよびaはつぎの関係式をみたすもので
ある:0<y≦1.2、0≦a≦0.2、0≦b≦0.
2、z≧6)により表わされる組成物を主成分とするガ
ス検知部と、該検知部に設けられた電極とを備える窒素
酸化物センサ。
3. Formula (III): Bi 2 Sr 2-y + a La y Cu 1-b O z (III) (where y, z and a satisfy the following relational expression: 0 < y ≦ 1.2, 0 ≦ a ≦ 0.2, 0 ≦ b ≦ 0.
2. A nitrogen oxide sensor provided with a gas detection part containing a composition represented by z ≧ 6) as a main component and an electrode provided in the detection part.
【請求項4】 式(IV): Bi2Sr2-x2+xCu2z (IV) (式中、xは0またはつぎの関係式:0.15≦x≦
0.3をみたすものであり、x=0のばあい、Mはつぎ
の関係式:M=Ln’1-yy(式中、Ln’はPr、N
d、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Y、Ho、Erま
たはTmであり、XはCeまたはThであり、yはつぎ
の関係式:0.1≦y≦0.4をみたすものである)を
みたすもの、またはつぎの関係式:M=Nd1-yy(式
中、yはつぎの関係式:0<y≦0.24をみたすもの
である)をみたすもの、もしくはMはGdまたはPrで
あり、zはつぎの関係式:z≧10をみたすものであ
り、xがつぎの関係式:0.15≦x≦0.3をみたす
ものであるばあい、Mはつぎの関係式:M=Ln1-y
y(式中、LnはDy、Gd、EuまたはSmであ
り、yはつぎの関係式:0.15≦y≦0.2をみたす
ものである)をみたすものであり、zはつぎの関係式:
z≧10をみたすものである)により表わされる複合酸
化物を主成分とするガス検知部と、該検知部に設けられ
た電極とを備える窒素酸化物センサ。
4. Formula (IV): Bi 2 Sr 2-x M 2 + x Cu 2 O z (IV) (where x is 0 or the following relational expression: 0.15 ≦ x ≦
In the case of x = 0, M satisfies the following relational expression: M = Ln ′ 1-y X y (where Ln ′ is Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y, Ho, Er or Tm, X is Ce or Th, and y satisfies the following relational expression: 0.1 ≦ y ≦ 0.4. ), Or the following relational expression: M = Nd 1-y Y y (where y is the following relational expression: 0 <y ≦ 0.24), or M is Gd Or Pr, z satisfies the following relational expression: z ≧ 10, and x satisfies the following relational expression: 0.15 ≦ x ≦ 0.3, M is the following relational expression: M = Ln 1-y L
a y (where Ln is Dy, Gd, Eu, or Sm, y is the following relational expression: 0.15 ≦ y ≦ 0.2), and z is the following relational expression: :
A nitrogen oxide sensor having a gas detecting section mainly composed of a complex oxide represented by z ≧ 10 and an electrode provided in the detecting section.
【請求項5】 前記ガス検知部に含まれる前記式(I)
または式(IV)で表わされる複合酸化物、もしくは前記
式(II)または式(III)で表わされる組成物が使用温
度以上で金属的な電気伝導を示す請求項1ないし4のい
ずれかに記載の窒素酸化物センサ。
5. The formula (I) included in the gas detector.
5. The complex oxide represented by the formula (IV), or the composition represented by the formula (II) or the formula (III) exhibits metallic electric conductivity at a temperature of use or higher. Nitrogen Oxide Sensor.
【請求項6】 前記ガス検知部に含まれる前記式(I)
または式(IV)で表わされる複合酸化物、もしくは前記
(II)または(III)で表わされる組成物の含有率が体
積比で25%以上である請求項1ないし5のいずれかに
記載の窒素酸化物検出センサ。
6. The formula (I) included in the gas detector.
6. The nitrogen according to claim 1, wherein the content of the complex oxide represented by the formula (IV) or the composition represented by the (II) or (III) is 25% or more by volume. Oxide detection sensor.
【請求項7】 前記ガス検知部に含まれる前記式(I)
または式(IV)で表わされる複合酸化物、もしくは前記
(II)または(III)で表わされる組成物を構成する金
属元素のほかに含まれるAl元素が1重量%未満である
請求項1ないし6のいずれかに記載の窒素酸化物セン
サ。
7. The formula (I) included in the gas detector.
7. The composite element represented by the formula (IV) or the Al element contained in addition to the metal element constituting the composition represented by the (II) or (III) is less than 1% by weight. 5. The nitrogen oxide sensor according to any one of 1.
【請求項8】 前記ガス検知部に含まれる前記式(I)
または式(IV)で表わされる複合酸化物、もしくは前記
(II)または(III)で表わされる組成物を構成する金
属元素のほかに含まれるPb元素が5重量%以下である
請求項1ないし6のいずれかに記載の窒素酸化物セン
サ。
8. The formula (I) included in the gas detector.
7. The Pb element contained in addition to the metal oxide constituting the composite oxide represented by formula (IV) or the composition represented by (II) or (III) is 5% by weight or less. 5. The nitrogen oxide sensor according to any one of 1.
【請求項9】 前記ガス検知部に、前記式(I)または
式(IV)で表わされる複合酸化物、もしくは前記式(I
I)または式(III)で表わされる組成物と反応しない絶
縁体材料が混合されている請求項1ないし8のいずれか
に記載の窒素酸化物センサ。
9. The composite oxide represented by the formula (I) or (IV), or the formula (I
9. The nitrogen oxide sensor according to claim 1, wherein an insulator material that does not react with the composition represented by I) or the formula (III) is mixed.
【請求項10】 前記絶縁体材料がMgOまたはSrT
iO3である請求項1ないし9のいずれかに記載の窒素
酸化物センサ。
10. The insulator material is MgO or SrT.
The nitrogen oxide sensor according to claim 1, which is iO 3 .
【請求項11】 前記ガス検知部がバルク状の薄板形状
であり、前記電極が耐酸化性および耐腐食性を有する素
材により形成されている請求項1ないし10いずれかに
記載の窒素酸化物検出センサ。
11. The nitrogen oxide detection according to claim 1, wherein the gas detection portion is in the shape of a bulky thin plate, and the electrode is formed of a material having oxidation resistance and corrosion resistance. Sensor.
【請求項12】 前記ガス検知部が膜状であり、前記電
極が耐酸化性および耐腐食性を有する素材により形成さ
れている請求項1ないし10のいずれかに記載の窒素酸
化物センサ。
12. The nitrogen oxide sensor according to claim 1, wherein the gas detection portion is in the form of a film, and the electrode is formed of a material having oxidation resistance and corrosion resistance.
【請求項13】 前記電極が2極からなる請求項1ない
し12のいずれかに記載の窒素酸化物センサ。
13. The nitrogen oxide sensor according to claim 1, wherein the electrode has two poles.
【請求項14】 前記電極が、電圧を印加して電流を流
す1対の電極と、該1対の電極の間に位置し、電圧を検
出するための別の1対の電極とからなる請求項1ないし
12のいずれかに記載の窒素酸化物センサ。
14. The electrode comprises a pair of electrodes for applying a voltage and passing a current, and another pair of electrodes positioned between the pair of electrodes for detecting a voltage. Item 13. A nitrogen oxide sensor according to any one of items 1 to 12.
【請求項15】 前記ガス検知部を加熱するための加熱
ヒータが設けられている請求項1ないし14のいずれか
に記載の窒素酸化物センサ。
15. The nitrogen oxide sensor according to claim 1, further comprising a heater for heating the gas detector.
【請求項16】 前記ガス検知部の近傍または表面に触
媒フィルタが設けられている請求項1ないし15のいず
れかに記載の窒素酸化物センサ。
16. The nitrogen oxide sensor according to claim 1, wherein a catalyst filter is provided near or on the surface of the gas detection unit.
【請求項17】 前記ガス検知部の内部または表面に白
金族金属の微粒子が分散または担持されている請求項1
ないし16のいずれかに記載の窒素酸化物センサ。
17. The fine particles of platinum group metal are dispersed or carried inside or on the surface of the gas detector.
17. The nitrogen oxide sensor according to any one of 1 to 16.
【請求項18】 前記白金族金属がPtまたはPdであ
る請求項17記載の窒素酸化物センサ。
18. The nitrogen oxide sensor according to claim 17, wherein the platinum group metal is Pt or Pd.
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