JPS58623B2 - gas sensing element - Google Patents

gas sensing element

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JPS58623B2
JPS58623B2 JP53052365A JP5236578A JPS58623B2 JP S58623 B2 JPS58623 B2 JP S58623B2 JP 53052365 A JP53052365 A JP 53052365A JP 5236578 A JP5236578 A JP 5236578A JP S58623 B2 JPS58623 B2 JP S58623B2
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JP
Japan
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gas
sensitive
sensitivity
present
catalyst layer
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JP53052365A
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JPS54145194A (en
Inventor
金田忠夫
桂正樹
高橋孝
白鳥昌之
平木英朗
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS58623B2 publication Critical patent/JPS58623B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、選択性に優れた感ガス素子に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a gas-sensitive element with excellent selectivity.

酸化物半導体表面にガスが接触すると、酸化物半導体の
表面の比抵抗が変化することを利用した感ガス素子が知
られている。
Gas-sensitive elements are known that utilize the fact that the specific resistance of the surface of an oxide semiconductor changes when gas comes into contact with the surface of the oxide semiconductor.

例えば、N型半導性を示すZnO、SO2,Fe2O3
等に還元性ガスが接触すると抵抗値は減少し、また酸化
性ガスが接触すると、抵抗値は増加する。
For example, ZnO, SO2, Fe2O3, which exhibits N-type semiconductivity
When a reducing gas comes into contact with the material, the resistance value decreases, and when an oxidizing gas comes into contact with the material, the resistance value increases.

またP型土導性を示す酸化物半導体においては抵抗値の
増減が逆の関係を示す。
Further, in an oxide semiconductor exhibiting P-type conductivity, the increase/decrease in resistance value shows an inverse relationship.

上記のごとき酸化物半導体において、各種ガスとの反応
性すなわち選択性は、半導体表面温度、表面電子レベル
の構造、気孔率および気孔の大きさ等により決まるが、
一般には酸化物半導体のみでは感ガス素子として感度が
小さく、選択性も十分とは言えない。
In the above-mentioned oxide semiconductors, the reactivity or selectivity with various gases is determined by the semiconductor surface temperature, surface electron level structure, porosity, pore size, etc.
Generally, an oxide semiconductor alone has low sensitivity as a gas-sensitive element and cannot be said to have sufficient selectivity.

そこで酸化物半導体にPt、Pdなどの触媒を添加含有
せしめ感度を上げる事が試みられている。
Therefore, attempts have been made to increase the sensitivity by adding a catalyst such as Pt or Pd to the oxide semiconductor.

この場合、素子温度を選択することにより、ある程度の
選択性を得ることができる。
In this case, a certain degree of selectivity can be obtained by selecting the element temperature.

例えばPtをガス感応体に添加したものでは、イソブタ
ンガスに対しては感度が高く、水素ガス、一酸化炭素ガ
スに対してはあまり反応しない。
For example, a gas sensitive material in which Pt is added has high sensitivity to isobutane gas, but does not react much to hydrogen gas or carbon monoxide gas.

一方Pdを添加した場合には、イソブタンガス、水素ガ
ス、一酸化炭素ガスに対して共に大きな感度を示す。
On the other hand, when Pd is added, high sensitivity is exhibited to isobutane gas, hydrogen gas, and carbon monoxide gas.

しかしながら両者ともエチルアルコールガスなどのアル
コール系ガスに対しても大きな感度を示す。
However, both exhibit high sensitivity to alcohol-based gases such as ethyl alcohol gas.

従って上記の如き素子においては、特に一般家庭では、
食物、整髪料、化粧品などにより発生するアルコール系
ガスに対してもLPGガスと同様に感応し実用上大きな
問題点となっていた。
Therefore, in the above-mentioned devices, especially in ordinary homes,
It is also sensitive to alcohol-based gases generated by foods, hair products, cosmetics, etc. in the same way as LPG gas, which has been a big problem in practical use.

本発明は上記の点に鑑みアルコール系ガスに対して感応
することなく、イソブタンガスに対して高い感度を有す
る信頼性の高いLPG用感万感ガス素子供することを目
的とする。
In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a highly reliable sensitizing gas element for LPG that is highly sensitive to isobutane gas without being sensitive to alcohol gas.

本発明は、一対の電極と、この電極間に設けられた酸化
亜鉛系半導体からなるガス感応体と、0.005〜8重
量%のPd及びモル比でこのPdの0.05〜30倍の
Pを含み、かつこのガス感応体表面に設けられた触媒層
とを備えた感ガス素子である。
The present invention includes a pair of electrodes, a gas sensitive body made of a zinc oxide semiconductor provided between the electrodes, Pd of 0.005 to 8% by weight, and a molar ratio of 0.05 to 30 times that of Pd. This is a gas-sensitive element containing P and a catalyst layer provided on the surface of the gas-sensitive member.

なお本発明においてPdの添加量を0.005〜8重量
%としたのは、0.005重量%未満では、イソブタン
ガスに対する感度が小さくなり、また8重量%を越える
とアルコールガスに対しても感応し易くなるためである
In the present invention, the amount of Pd added is set to 0.005 to 8% by weight, because if it is less than 0.005% by weight, the sensitivity to isobutane gas will be low, and if it exceeds 8% by weight, it will be sensitive to alcohol gas. This is because it becomes easier to feel.

またPの添加量をPdの添加量に対しモル比で0.05
〜30倍としたのは、0.05倍未満では、イソブタン
ガスに対する感度とアルコール系ガスに対する感度とに
顕著な差が表れずイソブタンガスに対する感度も小さく
なり、また30倍を越えるとイソブタンガスなどのLP
Gに対する感度が小さくなるためである。
Also, the amount of P added is 0.05 in molar ratio to the amount of Pd added.
-30 times is because when it is less than 0.05 times, there is no noticeable difference between the sensitivity to isobutane gas and the sensitivity to alcohol-based gases, and the sensitivity to isobutane gas is also small, and when it is more than 30 times, isobutane gas etc. LP
This is because the sensitivity to G becomes smaller.

また本発明において酸化亜鉛系半導体は、酸化亜鉛単体
および酸化亜鉛を主成分として副成分が添加されてなる
酸化物半導体である。
Further, in the present invention, the zinc oxide-based semiconductor is an oxide semiconductor composed of zinc oxide alone or zinc oxide as a main component to which subcomponents are added.

副成分としては例えばCr2O3等各種のものが用いら
れる。
As the subcomponent, various substances such as Cr2O3 are used.

いずれの場合も上記組成の触媒層を設けることにより同
様の効果を得ることができる。
In either case, similar effects can be obtained by providing a catalyst layer having the above composition.

以下本発明を構造例により詳細に説明する。The present invention will be explained in detail below using structural examples.

まず本発明に係る感ガス素子は例えば第1図に断面的に
示すごとく、筒状絶縁基体1外周面に一対の電極2を有
し、前記筒状絶縁基体1および電極2を被覆するように
酸化亜鉛系半導体からなるガス感応体3が設けられてい
る。
First, the gas-sensitive element according to the present invention has a pair of electrodes 2 on the outer peripheral surface of a cylindrical insulating base 1, as shown in cross section in FIG. A gas sensitive body 3 made of a zinc oxide semiconductor is provided.

さらに前記ガス感応体3表面には所定量のPdおよびP
を含むシリカ・アルミナからなる触媒層4が設けられて
いる。
Furthermore, a predetermined amount of Pd and P are on the surface of the gas sensitive body 3.
A catalyst layer 4 made of silica-alumina containing .

また前記のように構成された感ガス素子は例えば第2図
に斜視的に示す如くピン炉上に組立てられる。
Further, the gas-sensitive element constructed as described above is assembled on a pin furnace, for example, as shown perspectively in FIG.

なお、第2図中5はリード線を6は絶縁板を7はヒータ
ーを示す。
In FIG. 2, 5 represents a lead wire, 6 represents an insulating plate, and 7 represents a heater.

ヒーター7はガス感応体の感度を向上させるために設け
られたものであり、必要に応じ適宜設けることができる
The heater 7 is provided to improve the sensitivity of the gas sensitive element, and can be provided as appropriate if necessary.

なお触媒層4はガス感応体3表面を必ずしも全面的に被
覆していなくともよい。
Note that the catalyst layer 4 does not necessarily need to completely cover the surface of the gas sensitive body 3.

また上記においては触媒層の担体としてシリカ・アルミ
ナを用いたが、他に適宜選択してもよく、さらに担体を
用いない場合も同様の効果が得られる。
Further, in the above, silica/alumina is used as a carrier for the catalyst layer, but other materials may be selected as appropriate, and the same effect can be obtained even when no carrier is used.

本発明に係る感ガス素子は例えば以下の如く製造される
The gas-sensitive element according to the present invention is manufactured, for example, as follows.

例えば酸化亜鉛系半導体としてZnO−Cr2O3系を
用いる場合、ZnOおよびCr2O3粉末を所定組成比
で秤取し、混合したのち水またはバインダーを加えペー
スト状とし、第1図に示すごとく一対の電極2を設けた
絶縁基板1に塗布し乾燥後300〜1100℃で焼成し
ガス感応体を形成する。
For example, when using ZnO-Cr2O3 as a zinc oxide semiconductor, ZnO and Cr2O3 powders are weighed out in a predetermined composition ratio, mixed, and then water or a binder is added to form a paste, and a pair of electrodes 2 are formed as shown in FIG. It is coated on the provided insulating substrate 1, dried, and then fired at 300 to 1100°C to form a gas sensitive body.

一方、触媒層は例えばPdCl2またはPd(No3)
2とH3PO4,NH4H2PO4を加えて適当なpH
の水溶液を作り、本発明の組成範囲内となるように混合
し、これを担体としてのシリカ・アルミナ粉末を加え泥
漿とする。
On the other hand, the catalyst layer is made of, for example, PdCl2 or Pd(No3).
2 and H3PO4, NH4H2PO4 to an appropriate pH.
An aqueous solution is prepared, mixed so that the composition falls within the composition range of the present invention, and silica/alumina powder as a carrier is added to this to form a slurry.

この泥漿をよく混合、乾燥した後、300℃〜1000
℃で焼成し、粉砕し微粉末とする。
After thoroughly mixing and drying this slurry,
Calcinate at ℃ and crush into fine powder.

この微粉末に水と適当なバインダーを加えペースト状と
した後、前記ガス感応体表面に塗布、乾燥し300〜1
000℃で焼成して本発明に係る感ガス末子が得られる
After adding water and a suitable binder to this fine powder and making it into a paste, it was applied to the surface of the gas sensitive body and dried to a
The gas-sensitive powder according to the present invention is obtained by firing at 000°C.

次に、上記の如き本発明に係る感ガス素子の諸特性を測
定し、第3図および第4図に示す。
Next, various characteristics of the gas-sensitive element according to the present invention as described above were measured and are shown in FIGS. 3 and 4.

第3図は本発明に係る感ガス素子におけるPdおよびP
の添加量に対する0、2vo1%のイソブタンガスに対
する感度を示す。
FIG. 3 shows Pd and Pd in the gas-sensitive element according to the present invention.
The sensitivity to 0.2vol% isobutane gas with respect to the addition amount of is shown.

なお感度は空気中における抵抗値Roとガス中における
抵抗値Rgとの比をRo/Rgとして示したものであり
、その値が大きい程ガス検出が容易である。
Note that the sensitivity is expressed as Ro/Rg, which is the ratio of the resistance value Ro in air to the resistance value Rg in gas, and the larger the value, the easier gas detection is.

また第4図は0.2vo1%のアルコールガスに対する
感度Ro/Rgを示す。
Moreover, FIG. 4 shows the sensitivity Ro/Rg to 0.2vol% alcohol gas.

第3図および第4図から明らかな如く触媒層におけるP
d、Pの添加量が本発明範囲内ではイソブタンガスに対
し優れた感度を示し、アルコールガスには、はとんど感
応しない。
As is clear from FIGS. 3 and 4, P in the catalyst layer
When the amount of d and P added is within the range of the present invention, it exhibits excellent sensitivity to isobutane gas and is hardly sensitive to alcohol gas.

次に触媒を用いない場合、Pのみを含む触媒層を用いた
場合、Pdのみを含む触媒層を用いた場合および本発明
の如く、PおよびPdを含む触媒層を用いた場合の感ガ
ス素子について、0.2vo1%の各種ガスに対する感
度Ro/Rgを測定し第1表に示す。
Next, a gas-sensitive element in which no catalyst is used, a catalyst layer containing only P, a catalyst layer containing only Pd, and a catalyst layer containing P and Pd as in the present invention. The sensitivity Ro/Rg for various gases at 0.2vo1% was measured and shown in Table 1.

この結果第1表から明らかな如く、無触媒の場合、全般
的に感度が低くイソブタンガスよりもアルコールガスに
対する感度が高いものとなっている。
As is clear from the results in Table 1, in the case of no catalyst, the sensitivity is generally low and the sensitivity to alcohol gas is higher than to isobutane gas.

またPのみあるいはPdのみを含む触媒層を用いた場合
も同様の傾向を示し、イソブタンガスを検出することは
困難であった。
Further, when a catalyst layer containing only P or only Pd was used, a similar tendency was exhibited, and it was difficult to detect isobutane gas.

これに対し本発明に係る感ガス素子ではイソブタンガス
および水素ガスに対してのみ優れた感度を示し、アルコ
ールガスに対してはほとんど感度が変らず選択性に優れ
たものと言える。
In contrast, the gas-sensitive element according to the present invention exhibits excellent sensitivity only to isobutane gas and hydrogen gas, and can be said to have excellent selectivity with almost no change in sensitivity to alcohol gas.

このように本発明において優れた選択性を示す原因は明
らかではないが、PdとPとが混合されるため反応性が
高く、触媒層の製造工程で添加されたPdとPの少なく
とも一部が化合物化されているためと考えられる。
Although the reason for this excellent selectivity in the present invention is not clear, the reactivity is high because Pd and P are mixed, and at least part of the Pd and P added in the catalyst layer manufacturing process is This is thought to be because it is compounded.

また上記実施例においてはガス感応体としてZnO−C
r2O3系半導体を用いたが、必要に応じ他の酸化亜鉛
系半導体を用いても同様の効果を有することは言うまで
もない。
Further, in the above embodiment, ZnO-C is used as the gas sensitive material.
Although an r2O3-based semiconductor is used, it goes without saying that other zinc oxide-based semiconductors may be used as needed to achieve similar effects.

さらに本発明においては触媒層とガス感応体とが分離さ
れているため製造が容易である上、経時特性にも優れる
という利点を有する。
Further, in the present invention, since the catalyst layer and the gas sensitive body are separated, it is easy to manufacture and has the advantage of having excellent aging characteristics.

なおPdおよびPをガス感応体中に混合した場合も選択
性の点においては、従来のものに比べ向上するものと思
われる。
It is thought that when Pd and P are mixed in the gas sensitive material, the selectivity will be improved compared to the conventional one.

以上の如く本発明に係る感ガス素子を用いることにより
、イソブタンガスのみに対し高い感度を有するため、L
PG用感万感万感ガス素子用上極めて有効なものと言え
る。
As described above, by using the gas-sensitive element according to the present invention, it has high sensitivity only to isobutane gas, so L
It can be said that it is extremely effective for use in all-sensing all-sensing gas elements for PG.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る感ガス素子の構成例を示す断面図
、第2図は本発明に係る感ガス素子を用いる装置例を示
す斜視図、第3図および第4図は本発明に係る感ガス素
子の特性例を示す曲線図。 3・・・・・・ガス感応体、4・・・・・・触媒層。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a gas-sensitive element according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing an example of a device using the gas-sensitive element according to the present invention, and FIGS. FIG. 3 is a curve diagram showing an example of the characteristics of such a gas-sensitive element. 3... Gas sensitive body, 4... Catalyst layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 一対の電極と、この電極間に設けられた酸化亜鉛系
半導体からなるガス感応体と、0.005〜8重量%の
Pd及びモル化でこのPdの0.05〜30倍のPを含
み、かつこのガス感応体表面に設けられた触媒層とを具
備したことを特徴とする感ガス素子。
1 A pair of electrodes, a gas sensitive body made of a zinc oxide semiconductor provided between the electrodes, and containing 0.005 to 8% by weight of Pd and 0.05 to 30 times the amount of Pd in terms of mole. , and a catalyst layer provided on the surface of the gas-sensitive element.
JP53052365A 1978-05-02 1978-05-02 gas sensing element Expired JPS58623B2 (en)

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US06/033,251 US4242303A (en) 1978-05-02 1979-04-25 Gas detecting element
CA000326589A CA1118494A (en) 1978-05-02 1979-04-30 Gas detecting element

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