JPS58201054A - ガス検知素子 - Google Patents

ガス検知素子

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JPS58201054A
JPS58201054A JP8589582A JP8589582A JPS58201054A JP S58201054 A JPS58201054 A JP S58201054A JP 8589582 A JP8589582 A JP 8589582A JP 8589582 A JP8589582 A JP 8589582A JP S58201054 A JPS58201054 A JP S58201054A
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gas
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methane
gas sensitive
incorporating
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Yoshihiko Nakatani
吉彦 中谷
Masayuki Sakai
界 政行
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可燃性ガスを検知するガス検知素子に関するも
のである。
近年、可燃性ガスの検知素子材料について種々の研究開
発が活発化してきている。これは、一般家庭を中心に各
種工場などで可燃性ガスによる爆発事故や有毒ガスによ
る中毒事故が多発し、大きな社会問題となっていること
に強く起因している。
2ページ 特にプロパンガスは、爆発下限界(LEL)が低く、か
つ比重が空気よりも太きく、部屋に停滞しやすいために
事故があとを断たず、毎年多数の死傷者を出している。
近年になって、酸化第二錫(S n02 )やガンマ型
酸化第二鉄(γ−Fe2O3)などの金属酸化物を用い
たガス検知素子が実用化され、ガス漏れ警報器などに応
用されている。そして、ガス漏れなどの事態が発生して
もLELに至るまでの間に、プロパンガスの存在をいち
早く検知し、爆発を未然に防げるようになっている。
ところで、日本でもメタンガスを主成分とする液化天然
ガス(LNCi)が一般家庭用として用いられるように
なり、徐々に普及して来ている。したがって、このLN
Gの主成分であるメタンガスを選択性よく検出するガス
検知素子の要請も非常に犬きくなってきている。
勿論、すでにメタンガスに感応するガス検知素子は開発
されてはいるが、その多くは感応体材料に増感剤として
貴金属触媒を用いているため、種31”− 々のガスによる触媒被毒の問題、メタンガスに対する選
択度が小さい点、あるいは周囲湿度に対する依存性が大
きい点などの課題を抱えている。したがって、実用に際
しては未だ不十分な特性であるのが現状である。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、メタ
ンガスに対しても実用上十分大きな感度を持ったガス検
知素子を提供するものである。メタンガスはそれ自身非
常に安定なガスであるだけに、これに十分な感度を有す
る検知素子は非常に高活性である必要がある。したがっ
て、メタンガスに対して大きな感度を実現するためには
、従来は、貴金属触媒を感応体材料に添加して用いるか
、あるいは感応体をかなり高い温度で動作させるなどの
工夫がなされてきた。これに対し、本発明は貴金属触媒
を一切添加することなく、また比較的低い動作温度でも
対メタン感度の大きい素子を実現するものである。
本発明は酸化インジウム(In203)をガス感応体と
して用いたガス検知素子において、これに含捷れる種々
の陰イオンのガス感応特性に及ぼす影響について検討し
ている中で見出されたものである。すなわち、ガス感応
体の母材料であるI n 203が硫酸イオン(SO2
−一)を含有することによりガス感応特性が飛躍的に向
上し、しかも先述のメタンガスに対しても実用上十分大
きな感度を実現し得ることを見出したことによってなさ
れたものである。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
〔実施例1〕 市販の酸化インジウム(Inz○3)試薬に、硫酸イオ
ンを含有させるための添加物として種々の量の硫酸イン
ジウム(工n2(S04)3−9H20)粉末をそれぞ
れ添加混合し、さらにこれに有機バインダーを加えて1
00〜200μの大きさの粒子に整粒したいくつかの粉
体を作製した。このようにして得られた、硫酸インジウ
ムの含まれる量の異るそれぞれの粉体を直方体形状に加
圧成形し、空気中でe o o ’Cの温度で1時間焼
成した。この6ベー′! 焼結体の表面にAuを蒸着して一対の櫛形電極を形成し
、その裏面には白金発熱体を無機接着剤で貼りつけてヒ
ータとし検知素子を作製した。この発熱体に電流を通じ
、その電流値を調節して素子の動作温度を制御した。素
体温度を400′Cに保持して、そのガス感応特性を測
定した。
空気中における抵抗値(Ra)については、乾燥した空
気が乱流のできない程度にゆっくり攪拌されている容積
50!!の測定容器中で測定し、ガス中での抵抗値(R
q)はこの容器の中に純度99チ以上のメタン(CH4
)、プロパン(C3H8)、イソブタン(i−C4H1
゜)及び水素(H2)の各ガスを容量比率にして10 
ppm7秒の割合で流入させ、その濃度が0.1容量係
に達した時にそれぞれ測定した。測定するガス濃度を0
.1係に選んだのは、ガス検知素子として実用上要望さ
れる検知濃度がそのガスの爆発下限界濃度(LEL )
の数10分の1から数分の1の範囲であり、上記のガス
のそれぞれのLELが約2容量係から6容量係であるか
らである。
6ベ〜・・ 1だガス感応体に含まれる硫酸イオン(S04一つの存
在は赤外線吸収スペクトルで確認し、含有されている量
はTG−DTA曲線及び螢光X線分析から同定した。次
表に種々の硫酸イオン量を含むガス感応体の感応特性を
示す。また、第1図(a)。
(b)はこれを(Ra/Rcy)で表わしたものであり
、第1図(−)にはメタンとプロパン、第1図(b)に
はイソブタンと水素に対する特性を示す。
(以下余白) γ″−゛ 上記表および第1図から明らかなように、硫酸イオン(
SO2−’″)を0.005〜10.0重量係含有する
ことによって、ガス感応特性、特にメタンに対する感度
が飛躍的に向上していることがわかる。なお、本実施例
において含有される硫酸イオ7 (5O4−−) ノ量
を0.005〜10.0重量係に重量上たのは、まず0
.006重量重量溝では上記表に見られるようにガス感
応特性を向上せしめる効果が見られず、逆に10.0重
量%を超えると特性の安定性、あるいは機械的強度の面
で実用性に欠けるからである。上記表において■印を付
したものはこれに該当するものであり、表中では比較例
として記載しておいた。表中の歿1に示されている様に
、通常の工n2o3そのものではガス感応特性が極めて
小さく、その!、までは実用に供し得るものではない。
しかしこれに硫酸イオンが含有されることによって、上
記表及び第1図に見られる様に、メタンをはじめとする
種々の可燃性ガスに対して大きな感度が現出するわけで
ある。
また一般的には、ある程度非晶質の状態の金属9ハ′−
−ミ′ 酸化物の方が、結晶化されているものより、可燃性ガス
に対する吸着現象彦どの物理化学現象が活性になり易い
と云われている。しかし、はぼ完全に近く結晶化されて
いる本実施例で使用した市販試薬のI n 20 sで
も、硫酸イオンを含有することにより極めて高い活性度
を示し、結果的には非常に大きなガス感応特性を示すこ
とになる。
この実施例1では、感応体が焼結体の場合について述べ
たが、本発明が焼結体を感応体にした時のみならず焼結
膜の場合も同様に有効であることを次の実施例2を用い
て説明する。また、実施例1では動作温度が4o○°C
の場合のみについて述べたが、動作温度を変えることに
よって本発明による素子のガス選択性(ある特定のガス
を選択的に検出する能力を示す要素)が著しく変化する
こと、すなわち、動作温度によって選択性を大幅に制御
し得るという本発明のいまひとつの重要な効果について
も次に示す実施例2で具体的に説明することにする。な
お、実施例2においては、被検ガスとしてプロパンガス
とはぼ同じ特性を示すイ10 t−−:: ンブタンガスの代りにエタノールを用いて測定した○ 〔実施例2〕 市販の酸化インジウム(工n203)の試薬と、硫酸イ
オンを含有させる添加物としての種々の濃度に調製した
硫酸インジウム(I ”2 (5O4)3−9H20)
の水溶液を準備した。次に、上記酸化インジウムの試薬
を101づつ秤取し、これらに上記の硫酸インジウムの
水溶液をそれぞれ滴下し混合した。
このようにして得られたい〈1かの混合粉体を空気中で
4o○°Cの温度で2時間熱処理した。さらにこの粉体
を6o〜100μに整粒し、トリエタノールアミンを加
えてペースト化した。一方、ガス検知素子の基板として
縦、横それぞれ5間、厚み0.6順のアルミナ基板を用
意し、この表面に0.6胴の間隔に櫛形に金ペース)k
印刷し、焼きつけて一対の櫛形電極を形成した。そして
、アルミナ基板の裏面には金電極の間に市販の酸化ルテ
ニウムのグレーズ抵抗体を印刷し、焼きつけてヒータと
した。
11べ一部 次に、上述のペーストラ基板の表面に約70μの厚みに
印刷し、室温で自然乾燥させた後、(℃゛Cの温度にな
るまで徐々に加熱し、この温度で1時間保持した。この
段階でペーストが蒸発し硫酸イオンを含有する酸化イン
ジウム(In203)の焼結膜になった。このガス感応
体の厚みは約65μであった。このようにしてガス検知
素子を得た。
またガス感応膜に含まれる硫酸イオン量の同定は、上記
の各ペーストの一部を、アルミナ基板に印刷するのでは
なく、ペーストのまま上述と同じ様に400′Cの温度
で徐加熱し、これをTG−DTAならびに螢光X線分析
にかけて行なった0まだ硫酸イオンの存在は実施例1と
同じく赤外線吸収スペクトルを分析することにより行な
った0このようにして得られた検知素子について、動作
温度を35o ’Cおよび450″Cの2点とした以外
は実施例1と同じ方法でガス感応特性を測定した。第2
図(a)〜第2図(d)は硫酸イオン含有量と各種可燃
性ガスに対する感度(Ra/Rq )の関係を示す特性
図であり5、第2図(a)はメタン、第2図(b)はプ
ロパン、第2図(C)は水素、第2図(d)はエタノー
ルに対する特性を示している。
第2図から明らかなように、硫酸イオン(SC2−)が
0.006重量重量上含まれることにより、36゜’C
,450°Cのいずれの動作温度においてもガス感応特
性が飛躍的に向上していることがわかる。
(ただ、この硫酸イオンが10重量%を超えて含まれる
と、実施例1の場合と同様に特性が安定せず、また機械
的強度も弱くなり実用素子としては不適当であるため第
2図ではデータを記載していない。)い捷ひとつ重要な
点は、動作温度によってガス選択性が大幅に異る点であ
る。−例として硫酸イオンが0.6重量%含着れている
時の感度と動作温度の関係を第3図に示す。第3図から
明らかなように、360°Cの動作温度においてはエタ
ノールに対する感度が他のガスのそれに比べて著しく犬
きく、エタノールに対する選択性が非常に高いことがわ
かる。一方、460′Cの動作温度においては逆にエタ
ノールに対する感度が非常に小さく、他のメタン、プロ
パン及び水素に対する感13 l’−−シ 度が相対的に極めて犬きくなっている。換言すれば、こ
の素子は動作温度を変えることによって、エタノールと
それ以外のガスとの相対感度を容易に制御出来る特徴を
持っているということになる。
これは実用的な見地から見れば、動作温度を周期的に変
えるなり、あるいは動作温度の異る2つの素子を併用す
るなシの工夫をすることによシ、エタノールとそれ以外
のガスとを容易に識別出来る機能を有したガス検知素子
を形成することができるということを意味するものでも
ある。この点も本発明の大きな効果のひとつであシ、本
発明の効用範囲を犬きく広げるものである。
なお、上記各実施例においては、出発原料として酸化イ
ンジウム(In203)の市販試薬を用いたが、本発明
は何ら出発原料や製造工法を限定するものではない。ま
た特性を向上させるために更に添加物を加えることも勿
論可能である。
以上述べたように、本発明のガス検知素子はガス感応体
の母材料である酸化インジウム(工n203)が硫酸イ
オンを含有することによシガス感応特性14ページ が飛躍的に向上し、これまで貴金属触媒を用いずには微
量検知が難かしいとされてきたメタンガスに対しても非
常に大きい感度を実現し得るものである。これは都市ガ
スの天然ガス(主成分:メタンガス)化に伴って要求が
大きくな如つつある社会ニーズに的確に対応するもので
あシ、その効果は極めて犬なるものがある。
またすでに述べたように、動作温度によってガス選択性
を大幅に制御することが出来る点も本発明の実用面から
見た大きな効果である。このように、本発明のガス検知
素子はますます重要性が増しつつある種々のガス防災分
野に極めて大きな貢献をするものと期待される。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) 、 (b)は本発明の一実施例における
硫酸イオン含有量と感度(Ra/Rcr)との関係を示
す特性図、第2図(a) 、 (b) 、 ((+) 
、 (d)は本発明の他の実施例におけるメタン、プロ
パン、水素、エタノールの各可燃性ガスに対する硫酸イ
オン含有量と感度(Ra/Rq)の関係を動作温度全パ
ラメータに16ベ、−二。 して表わした特性図、第3図は同実施例における感度(
Ra/Rq)の動作温度依存性を示す特性図である。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 tど2ノ 2糺厳I、4ンめ01(重量・/、) 第1図 (bl 第2図 ((it 躇j鯖イオンめ含有量(童量匍 第2図 (ム) 石り鍛Aオンめ金屑−](i量γ、) 第2図 (C) 石汽酋叉イオンめ 金屑t  (*  t  ’/=>
第2図 6λ〈) z、を腋イオンめ含有量(章4%) 第3図 動 イ¥ ンA  &  (’C)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸化インジウム(工n203)を主成分とし、硫
    酸イオンが0.005〜10重量%含有されたものをガ
    ス感応体として用いることを特徴とするガス検知素子。 に)ガス感応体が加圧成型し焼成して得られる焼結体、
    またはペーストを印刷して焼成して得られる焼結膜であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第0)項記載のガス
    検知素子。
JP8589582A 1982-05-20 1982-05-20 ガス検知素子 Granted JPS58201054A (ja)

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JP8589582A JPS58201054A (ja) 1982-05-20 1982-05-20 ガス検知素子

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JP8589582A JPS58201054A (ja) 1982-05-20 1982-05-20 ガス検知素子

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JPS58201054A true JPS58201054A (ja) 1983-11-22
JPS6160382B2 JPS6160382B2 (ja) 1986-12-20

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112014438A (zh) * 2020-08-17 2020-12-01 合肥微纳传感技术有限公司 一种In2O3基气敏材料的制备方法、制得的气敏材料及其应用

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CN112014438A (zh) * 2020-08-17 2020-12-01 合肥微纳传感技术有限公司 一种In2O3基气敏材料的制备方法、制得的气敏材料及其应用

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JPS6160382B2 (ja) 1986-12-20

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