JPS5960349A - 感ガス素子 - Google Patents

感ガス素子

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JPS5960349A
JPS5960349A JP17148082A JP17148082A JPS5960349A JP S5960349 A JPS5960349 A JP S5960349A JP 17148082 A JP17148082 A JP 17148082A JP 17148082 A JP17148082 A JP 17148082A JP S5960349 A JPS5960349 A JP S5960349A
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gas
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sensitivity
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niobium
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JP17148082A
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Yoshiharu Komine
小峰 義治
Takao Sawada
隆夫 沢田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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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  • Pathology (AREA)
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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】 この発明はメチルメルカプタン(aH6sn ) 、硫
化水素(H2S )など悪臭ガスおよびアルコールを検
出する感ガス素子に関するものである。
し尿処理場、ゴミ処理場などで発生する悪臭の主成分で
あるメチルメルカプタン、硫化水素などの濃度測定は一
部、電気化学的な手法で行なわれているが、ガスのツン
グリンブが必要であり測定も煩雑である。d、た従来の
半導体ガスセンザでは感度的に不充分で使用されるに至
っていない。
一方、可燃性ガスであるガスを検出する素子すなわち感
ガス素子としては、(イ)、ガスの化学吸着による月別
の電気型導度の変化を利用したもの。
(ロ)、可燃性ガスとの接触によシガスが燃焼し、その
結果素子温度が上昇するので、この温度を検知するもの
、(ハ)、固体電解質の起電力のガス濃度依存性を利用
[7たもの、に)、赤外線吸収強度のガス濃度依存性を
利用したもの、などがあった。これらのうち、ガスを連
続的に開側−または制御する目的には、その簡便性、安
定性、耐熱性々どの面から金属酸化物−1−ラミックス
半導体のガスの化学吸着による電気電導塵の変化を利用
【−/こタイプ(イ)が主に利用されて来た。金属酸化
物としてi、j、 BoO2゜znOなどを主成分とし
だものが多い1、これらのものはメタン、プロパン、水
素、−酸化炭素2 アルコールなどの可燃性ガスに感度
を有しているが。
アルコールに対する選択性に乏しいという欠点があった
。具体的には、ガス洩れ警報器が、酒の燗で生ずるアル
コールガスにより警報を発してし4つなどの問題があつ
プこ。
この発明は、上記のような欠点を除去するためになされ
たもので、メチルメルカフリン(an、Sn)。
硫化水素 (n、s)などの悪臭ガス、アルコールガス
に選択的にしかも高い感度を有する感ガス素子を提供す
ることを目的にしている。
この発明の第1は、チタンとニオブの複合酸化物と酸化
ルテニウムを主成分とする材料を感ガス材とする感ガス
素子であることを特徴としている。
この発明の第2は、チタンとニオブの複合酸化物を主成
分とする素子基板に、酸化ルテニウムを主成分とする電
極を焼付けた感ガス素子であることを特徴としている。
この発明の感ガス素子は、その電気抵抗値が悪臭ガス濃
度0〜1000p己アルコールガス濃度0〜30001
1pmで大きく変化するので、電気抵抗値を測定するこ
ノ・により、これらのガスを容易に検知することができ
る。
メタン、コータン、プロパ7、  N2. 00などの
可燃性ガスに対してtまほとんど感じないため、悪臭ガ
ス、アルコールに対する選択性が著しく向」二する。
以下、この発明の詳細を、実施例を用いて説明する。
実施例1 出発材料として試薬特級の酸化チタンT□02および酸
化ニオブNt+2NSをT□:Nb= 6 : 1.4
 :L2:1.1 :l、 1 :2.1 :4.1 
:6の7種の比で混合し+  6mm×6yzの大きさ
で1羽の厚みに加圧成形する。これらを1000〜14
00°Cの温度で2時間焼成する。これらをX線回折に
より同定をしたところ2次表のような結果になった。
上記同定はA、S、T、Mで調べだ結果である。
ASTMで同定できなかったものを9新物質1としだ。
しかしこの新物質は1/2≦Nb/T□≦4/1の範囲
で認められるチタンニオブ複合酸化物である。これらの
焼結物を厚さ300μに研磨したところ、  T、 :
N、==6 :1. 4 :1. 1 :4. 1 :
6では、 1000℃焼成のものは破損i〜’  Ti
 ’ N1)=2:1.I:l、1:2のものは100
0℃、  1200°C焼成のものが破損した。
そこで残ったものについて、第1図のように焼結体(+
)の片面に(21,(31のRuO2分離電極、 (4
)、 f51のリード線を付けて感ガス素子を作成し、
感ガス特性をしらべた。f+)はチタン、ニオブ複合酸
化物である。ガスを検知するときは、素子を300℃以
上に保つ必要がある。そのため、第1図の素子のまわり
にカンタル線コイルヒータを設けるか、第1図の焼結体
(1)の分離電極と反対側に面ヒータを設は焼結体(1
1を加熱する。
第2図tit素子温度450℃における。メチルメルカ
グタンガス濃度100p−での感ガス特性を、1q1.
/T□電気抵抗値(Ω)との関係でしめしている。図中
大気中とはメチルメルカプタンを含んでいない。
通常の空気中での抵抗値である。
図では焼成温度の低いものをしめし−こいる。焼成温度
が高くなると、温度は低下する。05<−Nb/Ti≦
4でメチルメルカプタンに対する感度が大きくなり。
かつ大気中での抵抗が下がる。この範囲は”新物質1の
存在範囲と一致しており、これが高感度に寄与しでいる
ものと考えられる。最も好址しいのはN1−1/T1−
2/1で、このときには、X線回折でも、  TjO)
、 Nt)205. Ti21すb+0029はM個)
tつれない。
大気中の抵抗値R8と100Mガス中での抵抗値Rgの
比Ra/R,,を感度Sとすれば、N1、/i’、 =
=2/1ではSは500倍に達する。第3図は、u、、
、M・、=2/1゜動作温度450℃での悪臭ガス、可
燃性ガスそれぞれ+ooprnでの感度である。
第3図かられかるように、プロパン、 H,、GOに対
しては、はとんど感じない。メタノール、イソプロピル
アルコールなどに対しては、エタノール実施例2 出発材料として、試薬特級の酸化チタンTlO2および
酸化ニオブN1,205をNb/”r、 =2の割合で
混合し、 1200°Cで1時間空気中で焼成する。こ
れを粉砕し100メツシユの篩を通しだ後この粉末と酸
化ルテニウム■でuO2粉末とを、R1□02の含有量
を0〜50Wt’%の範囲で変えた混合粉末に、ポリビ
ニルアルコフールを加え造粒する。これを6pm×6m
mX 17g7zに加1巳成形し、 1300℃で2時
間空気中で焼成する。、 イりられ/こ焼結体を、30
0μに研磨し。
第1図の、Lうに−1−記焼結体(1)にRuO2ペー
ストによりなる分離111:極(21,(31を500
μの間隔でスクリーン印刷し1回時に白金リード線(4
) 、 (5)をRuO2べ・−ストで’rh: 4/
nにつけ800°Cで10分焼付ける。
焼結体(1)はT1とNbの複合酸化物とRuO2から
なる感ガス旧である磁器組成物である。なお。
RuO2の含有量が0wt%でもT1とNbの複合酸化
物である感ガスイ1すなわち素子基板にR1□02を主
成分とするRuO2ペーストを電極とし2て焼付けてい
る8 第4図はRuO2含有量と電気抵抗値との関係である。
第4図に示すように、  RuO2の含有量がOwt%
でもRuO2を主成分とした電極を焼付けたもの。
さらにRuO2を感ガス材に加えたものは、メチルメル
カプタン100 p−での抵抗値変化は大きくなる。
0wt%でも電極としてRuO2を主成分とした電極を
焼付けたもの、さらにRuO2を感ガス材に0〜40w
t%含有させたものは、抵抗値変化が大きく実用的であ
り、特にRuO2を主成分とする電極を焼伺け、感ガス
材にRuO2を5〜25wし係含有させたものの抵抗値
変化が極めて大きい。しかしR1102の含有量が40
〜50wt係になるど空気中での抵抗値が大きく低下し
、抵抗値変化も少なく感度もFる。
第5図は、T□とNbの複合化合物(Nb / T1 
= 2 )にRu−02を10wtチ含有させた感ガス
材を使用し。
RuO2を主成分とした電極を焼付けたものの2悪臭ガ
ス、可燃性ガス1ooIIImでの感度Sである。
第5図から判るようにプロパン、R2,COニ対しては
、極めて感度が小さいが悪臭ガス、エタノールに対して
は著しい感度をしめす。
なお第1図における抵抗値測定(ハ、電極+21. (
31間の極めて狭い間隔(この実施例では500μ)の
抵抗値を測定するものであるので、感ガス材中のRuO
2の含崩量を問題にするときは、上記の狭い間隔中ある
いはその周辺を含むわずかな部分の感ガス材を問題にす
る必槻がある。
RuO2を主成分とした電極を焼付け、感ガス材(T1
とNbの複合酸化物)と強固に結合させたものは、上記
の狭い間隔あるいけその周辺部分に対して影響が大きい
ので、単にRuO2を主成分とした電極を焼付けたもの
でも、この発明の効果が期待されるものと思われる。
又第1図は、板状の感ガス素子に関するものでちるが、
サーミスタと同様のビーズ状のもの1円筒状のもの、さ
らにtitアルミナベースに′r1とN1)の複合酸化
物と酸化ルテニウムを主成分とする拐料を厚膜に印刷し
たもの、スパッター、電子ビー六などにより薄膜にした
ものでも同様の機能を有する。
以上のように、この発明の感ガス素子は、メチルメルカ
プタン(CH3SH) r硫化水素(u、r彊)などの
悪臭ガス、アルコールに対して、仙σ月り゛燃性ガスと
異なる感度を有し、しかもその感+13−が著しく高い
ため、悪臭ガスあるいはアルコ−刀の選択的検出が可能
である。さらに安定性が高い素子である。従来′アルコ
ールに対して2選択性のない5n02 、 ZnOのア
ルコールTOOfI+顎での感度に11人気に対して2
〜3倍であることからこの発明の感度の著しいことが判
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明にかかる一実施例の構成を示す斜親
図、第2図はこの発明にかかわ7・感ガス特性の組成依
存性を示す特性折線図、第3図はこの発明にかかわる各
種ガスに対する感度を示す特性折線図である。 第4図はこの発明にかかわる感ガス特性の組成依存性を
示す特性曲線図、第5図は、この発明にかかわり各種ガ
スに対する感ガス特性を示す特性折線図である。 図中、 (II)ユ感ガス材すなわち素子基板、 (2
1,(31は電接、(4)、(5)はリード線である。 代理人 葛野信− 5(,1図              第 2 間第
4図 Ra0z含有奮(wt %) 11召羽1   年   月   11す1.、’l’
+i長’l’、’ I弓1・jGf’lのし+’:  
  li、j’hl(i昭57−171480号2 瘉
四の′/、 (M:    /盛ガニ素子:3   ン
di+liを 4−る青 代表古 片 11 1:  八 部 4、代理人 b   イ由此の刈家 明細用の発j(IJの、:γ細な説明のil’)J 。 6、  t+rノ止のV′3谷 明細書をつぎのとおり:rl’iT−する。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  チタンとニオブの複合酸化物と酸化ルテニウ
    ムを主成分とする材料を感ガス月とする感ガス素子。
  2. (2)  チタンとニオブの複合酸化物は、その割合が
    0.5≦N、、 / 1゛、≦4である特許請求の範囲
    第1項記載の感ガス素子。
  3. (3)  チタンとニオブの複合酸化物を主成分とする
    素子基板に、酸化ルテニウムを主成分とする電極をφ付
    けた感ガス素子。
  4. (4)素子基板は、065≦N、、/T1≦4の範1ノ
    11のチタンとニオブの複合酸化物である特許請求の範
    囲第3項記載の感ガス素子。
  5. (5)  素子基板は2チタンとニオブの複合酸化物と
    酸化ルテニウムを主成分とする材料から成る特許請求の
    範囲第3項記載の感ガス素子。
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