JPS5853748A - 気体検出素子及びその製造方法 - Google Patents
気体検出素子及びその製造方法Info
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- JPS5853748A JPS5853748A JP56150748A JP15074881A JPS5853748A JP S5853748 A JPS5853748 A JP S5853748A JP 56150748 A JP56150748 A JP 56150748A JP 15074881 A JP15074881 A JP 15074881A JP S5853748 A JPS5853748 A JP S5853748A
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- Japan
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
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- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
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。
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、２体電解質を用いた気体検出素子及びその製
造方法に関し、更に騨しくは検出感度が大きくかり機械
的強度、と〉わけ耐振動６０大暑い気体検出素子とその
製造方法に関する。
造方法に関し、更に騨しくは検出感度が大きくかり機械
的強度、と〉わけ耐振動６０大暑い気体検出素子とその
製造方法に関する。
近年、工業用、民生用Ｏ両分野において、４）種気体、
と）わけ酸嵩、可燃性気体（例えばＣＬ 。
と）わけ酸嵩、可燃性気体（例えばＣＬ 。
Ｃａｄｉ −Ｃ４Ｈ＆ｅ−Ｌ＋Ｃ０）−冷ＩＩ＆ｆＸ（
例えばＣＣ４Ｒ−ＣＨＣＩＦＪを検出するための素子に
対する要望が高まっている。これに伴い、ｚｒへ−Ｙ、
へ、Ｚｒ偽−ＣａＯ，Ｚｒへ−ＭｇＯなどの固体電解質
を用いた気体検出素子が多く提案されている。
例えばＣＣ４Ｒ−ＣＨＣＩＦＪを検出するための素子に
対する要望が高まっている。これに伴い、ｚｒへ−Ｙ、
へ、Ｚｒ偽−ＣａＯ，Ｚｒへ−ＭｇＯなどの固体電解質
を用いた気体検出素子が多く提案されている。
この素子は、対象とする気体に対しては不透過性で該気
体のイオンに対しては透過性である緻密構造の固体電解
質の両面に、金又は白金などＯ金属から成る薄い電極層
を相互に対向して配設し。
体のイオンに対しては透過性である緻密構造の固体電解
質の両面に、金又は白金などＯ金属から成る薄い電極層
を相互に対向して配設し。
それぞれの電極にリード線を付設し九構造を基本電池で
あり、それぞれの面に接触し固体電解質内でイオンとな
る気体のガス濃度が異なるとそのガス濃度差に対応する
起電力が両電極間に起生ずる。
あり、それぞれの面に接触し固体電解質内でイオンとな
る気体のガス濃度が異なるとそのガス濃度差に対応する
起電力が両電極間に起生ずる。
したがって、一方のガス濃度を一定に維持した状態で皺
起電力を一定すれば、他方のガス濃度を知ることができ
るというものである。
起電力を一定すれば、他方のガス濃度を知ることができ
るというものである。
この場合、該起電力を大丸らしめ検出感度を高めるため
に１通常、対象とする気体側の素子表両には、該表面に
配設されている電極をも被覆して、皺気体のイオン化を
促進する丸めに触媒の層が形Ｘされゐ。
に１通常、対象とする気体側の素子表両には、該表面に
配設されている電極をも被覆して、皺気体のイオン化を
促進する丸めに触媒の層が形Ｘされゐ。
瀞威された触媒層はその触媒活性が維持され、気体透過
性でｂカ、しかもその比Ｉ！藺積大であることが必要と
なる。更には、一般、ＦＣ検出素子は検出装置内に組込
まれて用いられ、しかも該検出装置は気体一定場所に随
時審動させられるので、そｏｖａｏ＊撃と多わけ振動等
に射光られる機械的強度を有することが必、要となる。
性でｂカ、しかもその比Ｉ！藺積大であることが必要と
なる。更には、一般、ＦＣ検出素子は検出装置内に組込
まれて用いられ、しかも該検出装置は気体一定場所に随
時審動させられるので、そｏｖａｏ＊撃と多わけ振動等
に射光られる機械的強度を有することが必、要となる。
とくに、装置の移動時に触媒層が衝撃等によって素子の
表頁から剥落しないように＃素子表面Ｋｉ１着している
ことが重要である。
表頁から剥落しないように＃素子表面Ｋｉ１着している
ことが重要である。
前述し九ように固体電解質は緻密構造である丸め、その
ｌＩ！！藺は極めて平滑で番る。したがって。
ｌＩ！！藺は極めて平滑で番る。したがって。
ｉ＊＊ｍから剥落しないように触媒層を形成する丸めに
、当業者に娶っては種々の方法が試みられている。その
一つとして、触媒の粉末を各ＳＯＷ着剤と混合してペー
スト状にし、これを固体電解質の表面に塗布して峡触謀
を固定する方法があ為。
、当業者に娶っては種々の方法が試みられている。その
一つとして、触媒の粉末を各ＳＯＷ着剤と混合してペー
スト状にし、これを固体電解質の表面に塗布して峡触謀
を固定する方法があ為。
この場合の状態を模式図として第１１１に示した。
図において、ｌは固体電解質の基板で、２は基板ｌの表
面Ｏ所定位置に相互に対向して例えば焼付けられ良質極
層（対向する電極は図示しない）である、電極ｚ ｏ＊
ｔａにはり−Ｗ＊Ｃ図示しない）が付設される。電極２
を被覆して基−１０’表ＩＮＫは、触媒粉末３を分散し
た接着剤４から成るペーストが塗Ｉｌされて層を形成し
でいる。ζこで、乾固した状態に訃いて接着剤４は気体
透過ＩｋＯ多孔構造である。ｍ停電解質とＯｔａ着能が
大でかつ多孔構造になる接着剤であれに、触媒（）Ｏ剥
離という問題は解消する。
面Ｏ所定位置に相互に対向して例えば焼付けられ良質極
層（対向する電極は図示しない）である、電極ｚ ｏ＊
ｔａにはり−Ｗ＊Ｃ図示しない）が付設される。電極２
を被覆して基−１０’表ＩＮＫは、触媒粉末３を分散し
た接着剤４から成るペーストが塗Ｉｌされて層を形成し
でいる。ζこで、乾固した状態に訃いて接着剤４は気体
透過ＩｋＯ多孔構造である。ｍ停電解質とＯｔａ着能が
大でかつ多孔構造になる接着剤であれに、触媒（）Ｏ剥
離という問題は解消する。
しかしながら、触媒活性という点からみた場合、第１図
のような構造の素子にあっては、該触媒粉末が接着剤に
よってほとんどに被包されていゐため、実質的に触媒活
性を示す表面積が減少する。
のような構造の素子にあっては、該触媒粉末が接着剤に
よってほとんどに被包されていゐため、実質的に触媒活
性を示す表面積が減少する。
したがって素子の検出感度が低下する。そのため、触ｔ
ｓａｍ＞ｏｌＫ質的な触媒活性を高めるためＫは。
ｓａｍ＞ｏｌＫ質的な触媒活性を高めるためＫは。
多量の触ｓ１１末を混入しなければならなくなる。
また、この場合、触ｔｓ粉末と接着剤との接触表藺積が
大きいので、場合によりては触媒が接着剤によって変質
せしめられ、その触媒能又は触＃＆特性の変化する事態
が生ずる。
大きいので、場合によりては触媒が接着剤によって変質
せしめられ、その触媒能又は触＃＆特性の変化する事態
が生ずる。
本発明者等は、上記のような問題点を解決すべく鋭意研
究を重ねえ結果、触媒層の触媒活性を艙持し、かつその
剥落がない新しい構造の検出電子を一発するに□到った
。
究を重ねえ結果、触媒層の触媒活性を艙持し、かつその
剥落がない新しい構造の検出電子を一発するに□到った
。
本発−は、固体電解質を用い、検出感度が大きくかつ機
械的強度、と）わけ耐”振動性にすぐれた気体検出素子
とその製造方法の提供ｔｌ的とする。
械的強度、と）わけ耐”振動性にすぐれた気体検出素子
とその製造方法の提供ｔｌ的とする。
本発明Ｏ気体検ｍｓ子は、ｍ体電解質ＯｆＩ叡と；該基
板の両面の所定位置に対向して配設される一対の電極層
と；該電極層の一方を含め、諌基板上の所定部分を被覆
して形成される多孔質の無機接着剤層と；誼−ｆＩＩＩ
ｙｔｆ４層の上Ｋ１１着される粉末又は多孔質成形体の
触媒層との一体的積層構造で参ることを特徴とし、七Ｏ
Ｉｌ造方法は、ｍ停電解質Ｏ基板の両画Ｏ所定位置に相
互に対向して一対Ｏ電極層を配役しシ諌電極層の一方を
會む諌ａ板上Ｏ所定部分に、乾燥又祉焼成して多孔構造
になる無機接着剤を塗布し：寵無ｌｌｌｍ−乾燥して粘
着性を喪失する前Ｋ 、 ｍｆｉ仲上に、触媒粉末を散
布するか又は皺触媒から成る多孔質成形体を載置し全体
を乾燥又は焼成することを特徴とする。
板の両面の所定位置に対向して配設される一対の電極層
と；該電極層の一方を含め、諌基板上の所定部分を被覆
して形成される多孔質の無機接着剤層と；誼−ｆＩＩＩ
ｙｔｆ４層の上Ｋ１１着される粉末又は多孔質成形体の
触媒層との一体的積層構造で参ることを特徴とし、七Ｏ
Ｉｌ造方法は、ｍ停電解質Ｏ基板の両画Ｏ所定位置に相
互に対向して一対Ｏ電極層を配役しシ諌電極層の一方を
會む諌ａ板上Ｏ所定部分に、乾燥又祉焼成して多孔構造
になる無機接着剤を塗布し：寵無ｌｌｌｍ−乾燥して粘
着性を喪失する前Ｋ 、 ｍｆｉ仲上に、触媒粉末を散
布するか又は皺触媒から成る多孔質成形体を載置し全体
を乾燥又は焼成することを特徴とする。
本発明の気体検出素子は、触媒が接着剤の中に分散して
いないこと、接着剤Ｏ上に触媒、が分離して１個の独立
した層を成していゐことを最大の特徴とする。
いないこと、接着剤Ｏ上に触媒、が分離して１個の独立
した層を成していゐことを最大の特徴とする。
本発明の素子を、模式的に示し九第２１１によって更に
詳しく説明する。第２図ａ、ｊｌｌｌｉと同じように、
素子Ｏ片爾における会榔虞ｌＩ素の配置Ｏ状態を示す模
式図で０．１’、！’はそれぞれｊＩ１図と同様の固体
電解質基板及び電極層である。該電極層は各種の金属ペ
ーストを基板の所定位置に塗布し、これを所定温度で焼
付ける常法によって添着される電極層τにリ−に’＠が
付設されていること紘いうまでもない、３′は無機接着
剤の層で、電極層ｒを含め基板１′の所定部分を被覆し
て形成基れている。Ｉａ着剤層３′の上には触媒層４′
（図で紘粉末層）が接着して固定されている。
詳しく説明する。第２図ａ、ｊｌｌｌｉと同じように、
素子Ｏ片爾における会榔虞ｌＩ素の配置Ｏ状態を示す模
式図で０．１’、！’はそれぞれｊＩ１図と同様の固体
電解質基板及び電極層である。該電極層は各種の金属ペ
ーストを基板の所定位置に塗布し、これを所定温度で焼
付ける常法によって添着される電極層τにリ−に’＠が
付設されていること紘いうまでもない、３′は無機接着
剤の層で、電極層ｒを含め基板１′の所定部分を被覆し
て形成基れている。Ｉａ着剤層３′の上には触媒層４′
（図で紘粉末層）が接着して固定されている。
接着剤層３′を構成する接着剤としては、Ｉｋ布時に粘
着性を有すること、乾燥又は焼成畜れて気体透過！にの
多孔構造になること、触媒毒を有しないこと、セしてａ
ｌ［１′と０１ａ着力が大きいζ七など０＊＊を必要と
する。ζ０場会、気体検出素子においては、ｉＩ体電解
質が比較的高温で作動するとと、触媒も比較的高温でそ
の活性を示すことなど０点からして、熱分解する有機系
接着剤を用いることはで１ない。
着性を有すること、乾燥又は焼成畜れて気体透過！にの
多孔構造になること、触媒毒を有しないこと、セしてａ
ｌ［１′と０１ａ着力が大きいζ七など０＊＊を必要と
する。ζ０場会、気体検出素子においては、ｉＩ体電解
質が比較的高温で作動するとと、触媒も比較的高温でそ
の活性を示すことなど０点からして、熱分解する有機系
接着剤を用いることはで１ない。
以上の点から、零発明者らは種々の無機接着剤に関し検
討を加えた結果、リン酸アルミニクム。
討を加えた結果、リン酸アルミニクム。
ケイ酸す） ＩＪウムのいずれかを主成分とするものは
上記の諸点を満足する４０であることを見出した。
上記の諸点を満足する４０であることを見出した。
また、触媒層４′は第２図のように触媒粉末の層であっ
てもよいし、又はあらかじめ触ｍｓ末を常法によって成
形した多孔質体（例えばペレツシ）であっても・よい、
ｌ！は、触媒層の下面は接着剤層によって接着・固定さ
れ、そＯ１爾は直接、気体と自由に接触で亀ればよい。
てもよいし、又はあらかじめ触ｍｓ末を常法によって成
形した多孔質体（例えばペレツシ）であっても・よい、
ｌ！は、触媒層の下面は接着剤層によって接着・固定さ
れ、そＯ１爾は直接、気体と自由に接触で亀ればよい。
接着剤層３′と触媒層４′は次のようにして積層形成さ
れる。すなわち、まず上記したような無機接着剤を電極
層２′を含めて基板ｌ′の所定部分に、１＊＊シ、スプ
レー法など適宜゛な方法で塗布する。このとき、無機接
着剤には適宜な濤剤勢を添加して適正な粘度にしておく
、ついで、塗布され九無機接着剤が乾燥してその粘着性
を喪失する前に、ζＯ上に触媒粉末をスプレー等Ｏ適宜
な方法で散布する。又は、予め作成して）い九触＠０多
孔質成形体を載置する。触感は無機接着剤によって固着
される。最後に全体をそｏｔｔ、所定０＊＊″ｅ乾燥ス
社焼成する。焼成温度が触媒の変質温度、又は無機接着
剤の変性温度との関係で適宜に選定されゐことはいうま
でもない。
れる。すなわち、まず上記したような無機接着剤を電極
層２′を含めて基板ｌ′の所定部分に、１＊＊シ、スプ
レー法など適宜゛な方法で塗布する。このとき、無機接
着剤には適宜な濤剤勢を添加して適正な粘度にしておく
、ついで、塗布され九無機接着剤が乾燥してその粘着性
を喪失する前に、ζＯ上に触媒粉末をスプレー等Ｏ適宜
な方法で散布する。又は、予め作成して）い九触＠０多
孔質成形体を載置する。触感は無機接着剤によって固着
される。最後に全体をそｏｔｔ、所定０＊＊″ｅ乾燥ス
社焼成する。焼成温度が触媒の変質温度、又は無機接着
剤の変性温度との関係で適宜に選定されゐことはいうま
でもない。
無機接着剤の塗布時、該無機接着剤に更Ｋ。
Ａｌｔｏｓ ＊ ５１０ｍ ｓ ＺｒＯｓ Ｏ少〈と４
ｔｌｉｏｌ）末（平均粒１１０．１−１０μ）を該無機
接着剤に対し、７０重量−以下混入せしめると、得られ
る接着剤層３′の気孔率が大きくなるので好ましい。
ｔｌｉｏｌ）末（平均粒１１０．１−１０μ）を該無機
接着剤に対し、７０重量−以下混入せしめると、得られ
る接着剤層３′の気孔率が大きくなるので好ましい。
本発明の気体検出素子は１以上のように構成されるので
、触媒の活性な表面が、対象とする気体に対し充分露出
してお〕、したがって、触媒層の実質的な活性が高く維
持される。ｉ！た、触媒層は多孔質の接着剤層とその下
面において強く固着しているので、剥落するという不都
合も防止される。
、触媒の活性な表面が、対象とする気体に対し充分露出
してお〕、したがって、触媒層の実質的な活性が高く維
持される。ｉ！た、触媒層は多孔質の接着剤層とその下
面において強く固着しているので、剥落するという不都
合も防止される。
例えば、固体電解質としてＺｒＯ２の板、電極層として
は白金電極層、１１着剤としてリン酸アルｌｘりム、触
媒としては平均粒！１μのＰ嫌（Ａｌ２Ｏ，担体材）を
用いて第１ＩＩ（従来例）、第２図（本発明）Ｋ示しえ
ような検出素子を作製し、常法Ｋｉ１つて、水嵩Ｉス濃
Ｗｌの変化に対するそれぞれの１７７ｊＡ竜力を測定し
航その結果は第３図に示し九通〕であった。
は白金電極層、１１着剤としてリン酸アルｌｘりム、触
媒としては平均粒！１μのＰ嫌（Ａｌ２Ｏ，担体材）を
用いて第１ＩＩ（従来例）、第２図（本発明）Ｋ示しえ
ような検出素子を作製し、常法Ｋｉ１つて、水嵩Ｉス濃
Ｗｌの変化に対するそれぞれの１７７ｊＡ竜力を測定し
航その結果は第３図に示し九通〕であった。
第３ＩＩから明らかなように１本発＠０検出素子は従来
例のものに比べて、その起電力が約２倍であ〕検出線Ｉ
ＬＯ大きいことが判明した。なか、両者をｌｅａｍの高
さから床に落しても触媒層の＃落は見られなかり九、Ｆ
−のことは、用い九リン酸アル＜＝りムを主成分とする
接着剤が強固に触媒層を固着するものであることを示し
ている。
例のものに比べて、その起電力が約２倍であ〕検出線Ｉ
ＬＯ大きいことが判明した。なか、両者をｌｅａｍの高
さから床に落しても触媒層の＃落は見られなかり九、Ｆ
−のことは、用い九リン酸アル＜＝りムを主成分とする
接着剤が強固に触媒層を固着するものであることを示し
ている。
第１図は、従来の触媒層を固定すみ方法を示す模式図、
第２図は本発明の方法を示す模式ａｍ、第３第３水紘水
素ガス後化に対する従来例素子と本発明素子の起電力Ｉ
ｆｉ性を示すもＯである。 １ 、１’−・・固体電解質基＊、ｚ 、 ｆ−・電極
層、３゜３′−撞礁剤（Ｉｌ） 、・４．４’−・・１
１燻ａａ＞。
第２図は本発明の方法を示す模式ａｍ、第３第３水紘水
素ガス後化に対する従来例素子と本発明素子の起電力Ｉ
ｆｉ性を示すもＯである。 １ 、１’−・・固体電解質基＊、ｚ 、 ｆ−・電極
層、３゜３′−撞礁剤（Ｉｌ） 、・４．４’−・・１
１燻ａａ＞。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 固体電解質Ｏ基板と； 腋基板Ｏ両函の所定位置に対向して配設される一対ＯＩ
Ｅ＠層と； 該電極層の一方を會め諌基板上の所定位置金被覆して形
成される多孔質の無横線着剤層と； 該無機接着剤層Ｏ上に固着される粉末又紘多孔質成形体
の触媒層 との一体的積層構造であ為ことを特徴とす為気体検出素
子。 ２ 該無機接着剤層が、リン酸アル建エクム又はケイ酸
≠ＦリクムＯいずれかを主成分とする無機接着剤から成
鳥特許請求の範Ｓ第１項記載Ｏ気体検歯素子。 ３ 該無ｌｌ１ｌＩＩ１着剤に、酸化アｋｌエクム、二
駿化りイ車、駿化ジルプエク＾０１１１６ｍはれ為少く
と％ １ ＠０金属酸化物Ｏ１１末を更に添加して成、
ｂＩｌｉ許諦求ＯＳｍ第２項記載の気体検出素子。 ４ ｌ！１体電体質解質板ｏ＊ｍｏ所定位置に相互に対
向して一対の電極層を配設し； 該電極層の一方を含む該基板表面の所定部分に、乾燥又
は焼成して多孔構造に廠ゐ無機接着剤をｌｋ＊Ｌ； 諌無ａｍ着剤が乾燥して粘着性を喪失する前に、該無機
接着剤Ｏ上に、触ＩＩ＆粉末を散布するか又紘該触謀か
ら成る多孔質成形体を載量し； 全体を乾燥又は焼成することを特徴とする気体検出素子
のＩｌ遣方法。 蕃 該無機接着剤が、９７酸アル（ａ−ラム又はケイ酸
ナトリウムのいずれかを主成分とする無機接着剤である
畳許請求の範Ｉ［第４項１ｅ載Ｏ気体検出素子ＯＲ造方
法。 修 該無４１１ＩＩＩ！着剤に、Ｉｌ化アル電エクム、
二酸化ケイ嵩、歇化１／ル５ａりムＯ詳から遥ばれる少
くと％１ｌｌ）金属酸化物の粉末を更に添加すゐ特許請
求の範囲第５項記載の気体検出素子Ｏ製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56150748A JPS5853748A (ja) | 1981-09-25 | 1981-09-25 | 気体検出素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56150748A JPS5853748A (ja) | 1981-09-25 | 1981-09-25 | 気体検出素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5853748A true JPS5853748A (ja) | 1983-03-30 |
Family
ID=15503552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56150748A Pending JPS5853748A (ja) | 1981-09-25 | 1981-09-25 | 気体検出素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5853748A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54158288A (en) * | 1978-06-05 | 1979-12-13 | Hitachi Ltd | Spectroscopic fluorescent photometer |
| JPS55150335U (ja) * | 1979-04-16 | 1980-10-29 | ||
| WO1990015323A1 (en) * | 1989-06-02 | 1990-12-13 | Sri International | Surface type microelectronic gas and vapor sensor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5014396A (ja) * | 1973-06-05 | 1975-02-14 |
-
1981
- 1981-09-25 JP JP56150748A patent/JPS5853748A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5014396A (ja) * | 1973-06-05 | 1975-02-14 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS6231288B2 (ja) * | 1978-06-05 | 1987-07-07 | Hitachi Ltd | |
| JPS55150335U (ja) * | 1979-04-16 | 1980-10-29 | ||
| WO1990015323A1 (en) * | 1989-06-02 | 1990-12-13 | Sri International | Surface type microelectronic gas and vapor sensor |
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