JPS61147145A - Gas detecting element - Google Patents
Gas detecting elementInfo
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- JPS61147145A JPS61147145A JP27009384A JP27009384A JPS61147145A JP S61147145 A JPS61147145 A JP S61147145A JP 27009384 A JP27009384 A JP 27009384A JP 27009384 A JP27009384 A JP 27009384A JP S61147145 A JPS61147145 A JP S61147145A
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- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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- G01N27/12—Investigating 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
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、特定のガスの存在を監視したり、あるいはそ
の日を測定するための導電性高分子を用いたガス検知素
子に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a gas sensing element using a conductive polymer for monitoring the presence of a specific gas or measuring the current date.
[従来の技術]
近年、エレクトロニクスの進歩により情報処理能力が飛
躍的に進歩するに伴い、情報を取出すための手段たるセ
ンサがますます重要なものとなっている。各種センサの
うちでも、特にガスセンサは、ガス漏れ警報器、排気ガ
スモニタまたは各種工業用センサとして広範に使用され
ているが、従来のガスセンサは、主にZnOあるいはF
e 201などをはじめとする半導体またはセラミック
スで構成されていた。これらの材料を用いたガスセンサ
は、高温でガスに接触した場合の抵抗変化を利用するも
のであった。また、白金線等を用いた接触燃焼方式のガ
スセンサも用いられているが、加熱白金線が可燃性ガス
に接触した場合の燃焼に基づく温度上昇に伴う白金線等
の抵抗変化を利用するものであった。[Background Art] In recent years, as information processing capabilities have dramatically improved due to advances in electronics, sensors, which are means for extracting information, have become increasingly important. Among various sensors, gas sensors in particular are widely used as gas leak alarms, exhaust gas monitors, and various industrial sensors. Conventional gas sensors are mainly made of ZnO or F
It was made of semiconductors or ceramics, such as e201. Gas sensors using these materials utilize resistance changes when they come into contact with gas at high temperatures. Also, catalytic combustion type gas sensors using platinum wires, etc. are also used, but they utilize the change in resistance of the platinum wires due to the temperature rise caused by combustion when the heated platinum wires come into contact with flammable gas. there were.
[発明が解決しようとする問題点]
しかしながら、上述した従来の各種ガスセンサの多くは
、高温で動作させる必要があるという欠点があった。さ
らに、各種のガスに対する選択性に乏しいという欠点も
存在した。したがって、家庭用都市ガス、自動車の排気
ガスおよび工業用ガス等をはじめとする各種ガスを選択
的に検出し得るガス検知素子の登場が望まれている。[Problems to be Solved by the Invention] However, many of the various conventional gas sensors described above have a drawback in that they need to be operated at high temperatures. Furthermore, there was also the drawback of poor selectivity for various gases. Therefore, there is a desire for a gas detection element that can selectively detect various gases including household city gas, automobile exhaust gas, industrial gas, and the like.
それゆえに、本発明の目的は、上述の要望を満たし、高
温で動作させる必要がなく、かつ各種のガスに対する選
択性に優れたガス検知素子を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a gas sensing element that satisfies the above-mentioned needs, does not require operation at high temperatures, and has excellent selectivity to various gases.
し問題点を解決するための手段]
本願発明は、上述の問題点を解消すべく鋭意検討された
結果なされたものであり、その要旨とするところは、導
電性の高分子からなるガス検知素子であって、該導電性
高分子がガスに接触した場合の導電率または吸収スペク
トルが変化することを利用したガス検知素子である。Means for Solving the Problems] The present invention was made as a result of intensive studies to solve the above problems, and its gist is to provide a gas sensing element made of a conductive polymer. This is a gas sensing element that utilizes the fact that the conductivity or absorption spectrum changes when the conductive polymer comes into contact with gas.
本発明において用いられる[8B電電性弁子]としては
、たとえばポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフ
ェン、ポリバラフェニレン、ポリアニリン、ポリフェニ
レンビニレン、ポリセレノフェン、ポリフランまたはこ
れらの誘導体などが挙げられる。これらの導電性高分子
は、共役系の発達したものであって(山川、山辺著「合
成金属」化学同人発行)、比較的高い導電率を有し、し
かも各種物質のドーピングにより導電率が大きく変化す
るものである。本発明は、この導電性高分子のドーピン
グによる性質の変化を積極的に利用するものである。Examples of the [8B electroconductive valve] used in the present invention include polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyparaphenylene, polyaniline, polyphenylene vinylene, polyselenophene, polyfuran, and derivatives thereof. These conductive polymers are highly developed conjugated systems (Yamakawa and Yamabe, "Synthetic Metals," published by Kagaku Dojin), and have relatively high conductivity, and doping with various substances increases the conductivity. It changes. The present invention actively utilizes the change in properties of conductive polymers caused by doping.
本発明は、導電性高分子からなるガス検知素子であるが
、導電率の変化または吸収スペクトルの変化のいずれを
も利用することができる。次に、各場合における具体的
構造例につき説明する。Although the present invention is a gas sensing element made of a conductive polymer, either a change in conductivity or a change in absorption spectrum can be utilized. Next, specific structural examples in each case will be explained.
第1図は、導電率変化を利用する場合の構造の一例を示
し、ここでは、導電性高分子成形体1の両端に電極2a
、2bが形成されており、該電極2a、2bには、リー
ド線3a 、3bが接続されている。電極2a 、 2
bを構成する材料としては、白金、金もしくはアルミニ
ウムなどの金属、カーボンブラック、エレクトロダック
ならびにシルバーペーストをはじめとする任意のものを
用いることが可能である。また、導電性高分子成形体1
はフィルム状、ブロック状をはじめとする任意の形態が
可能である。電極2a、2bの位置についても、導電性
高分子成形体1のいずれの面に形成してもよい。また、
電極2a、2bの形状についても、たとえばクシl1m
電極のような任意の形状に構成し得る。さらに、成形体
がフィルムの場合、その表裏面に電極を設置することも
可能である。FIG. 1 shows an example of a structure in which a change in conductivity is utilized.
, 2b are formed, and lead wires 3a, 3b are connected to the electrodes 2a, 2b. Electrodes 2a, 2
As the material constituting b, any material including metals such as platinum, gold, or aluminum, carbon black, electrodac, and silver paste can be used. In addition, conductive polymer molded body 1
can be in any form including film and block shapes. The electrodes 2a and 2b may be formed on either side of the conductive polymer molded body 1. Also,
Regarding the shape of the electrodes 2a and 2b, for example, the shape of the comb l1m
It can be configured into any shape like an electrode. Furthermore, when the molded body is a film, it is also possible to install electrodes on the front and back surfaces of the molded body.
第2図は、吸収スペクトルの変化を利用する場合の構造
例を示す斜視図であり、ここでは、たとえばガラスもし
くはプラスチック等の材料よりなる基板4上に導電性高
分子薄膜5′が形成されている。吸収スペクトルの変化
を利用する場合には、第2図に示したように基板4に固
定する必要は必ずしもなく、該導電性高分子の成形体く
たとえばフィルム)そのものを用いることが可能である
ことは言うまでもない。さらに、光は導電性高分子薄膜
5内をに薄膜5の平面と平行な方向に通すことも可能で
ある。また、光ファイバを結合し、光ファイバよりの光
を用いるように構成することも可能である。FIG. 2 is a perspective view showing an example of a structure in which a change in absorption spectrum is utilized. Here, a conductive polymer thin film 5' is formed on a substrate 4 made of a material such as glass or plastic. There is. When utilizing changes in the absorption spectrum, it is not necessarily necessary to fix the conductive polymer to the substrate 4 as shown in FIG. 2, and it is possible to use the molded body of the conductive polymer (for example, a film) itself. Needless to say. Furthermore, it is also possible for light to pass through the conductive polymer thin film 5 in a direction parallel to the plane of the thin film 5. It is also possible to combine optical fibers and use light from the optical fibers.
[実施例] 以下、本発明の具体的な実施例につき説明する。[Example] Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
叉」L医二二:
電解重合法(たとえば、金藤敬−1古野勝美:機能材料
第4巻(1984)8に記載)で作成した厚さ201.
tl、幅5mmのポリチオフェン膜に電極を形成しく電
極間距離は31111)、ガス検知素子を作成した。こ
の検知素子に、Co、N20およびNOのガスを接触さ
せ、導電率の時間変化を測定した。結果を、第3図に示
す。また、これらのガスの圧力依存性を試験したところ
、第4図に示す結果を得た。叉' L I. 22: Thickness 201mm produced by electrolytic polymerization method (for example, described in Takashi Kaneto-1 Katsumi Furuno: Functional Materials Vol. 4 (1984) 8).
tl, electrodes were formed on a polythiophene film with a width of 5 mm (the distance between the electrodes was 31111), and a gas sensing element was fabricated. Co, N20, and NO gases were brought into contact with this sensing element, and changes in electrical conductivity over time were measured. The results are shown in Figure 3. Further, when the pressure dependence of these gases was tested, the results shown in FIG. 4 were obtained.
第3図および第4図から、この実施例のガス検知素子は
、特にNoガスにより導電率が数桁以上も上昇し、した
がってNoなどに対する選択性に優れていることがわか
る。よって被検出ガス中にNoが存在するか否かを判定
するのに用いることができ、またNOを含むガス中のN
O含有量を簡単に測定し得ることがわかる。It can be seen from FIGS. 3 and 4 that the conductivity of the gas sensing element of this example increases by several orders of magnitude, especially with No gas, and therefore has excellent selectivity to No and the like. Therefore, it can be used to determine whether or not No exists in the gas to be detected, and can also be used to determine whether or not No exists in the gas to be detected.
It can be seen that the O content can be easily measured.
m:
電解重合法により、40X1011111のネサガラス
(rTo透明導電性ガラス)板の上に厚み約1μmのポ
リチオフェン膜を重合し、ガス検知素子を作成した。m: A polythiophene film with a thickness of about 1 μm was polymerized on a 40×1011111 Nesa glass (rTo transparent conductive glass) plate by an electrolytic polymerization method to prepare a gas sensing element.
N2 、CoおよびN20などのガスに約1時間さらし
たところ、色の変化は全く認められなかった。しかしな
がら、Noガス(100IIIIIIH!It ) k
:さらした場合、約10分後に、第5図に示すような吸
収スペクトルの変化が生じ、赤色から褐色あるいは青と
褐色との中間色に変化した。したかって、この実施例の
ガス検知素子を用いれば、N。No color change was observed when exposed to gases such as N2, Co and N20 for about 1 hour. However, No gas (100IIIIIIH!It) k
: When exposed, after about 10 minutes, the absorption spectrum changed as shown in Figure 5, changing from red to brown or an intermediate color between blue and brown. Therefore, if the gas detection element of this embodiment is used, N.
ガスの存在を目視によっても容易に確認し得ることがわ
かる。It can be seen that the presence of gas can be easily confirmed visually.
友11に
電解重合法により、厚み20μのポリピロール膜を作成
し、ガス検知素子を作成した。Co、Nユ0、N2ガス
では、導電率には何ら変化は生じなかったが、Noガス
(200口lIIHg)にさらすと、約1桁の導電率の
上昇が見られた。A polypyrrole film having a thickness of 20 μm was prepared using the electrolytic polymerization method in Example 11, and a gas detection element was prepared. With Co, N, 0, and N2 gases, no change occurred in the electrical conductivity, but when exposed to No gas (200 lIIHg), an increase in electrical conductivity of about one order of magnitude was observed.
冬
LLi二二
厚み100μmのポリアセチレン(合成法は、T、
E to、 M、 3hirakawaおよび3.1k
eda:J。Winter LLi22 100 μm thick polyacetylene (synthesis method: T,
E to, M, 3hirakawa and 3.1k
eda:J.
Po1y 、 Sci、 Chem 、 E
d 12 <1974> 11)を用いて、ガス
検知素子を作成した。大きさは、幅10m11であり、
電極間距離は41IIlとした。Po1y, Sci, Chem, E
d 12 <1974> 11) was used to create a gas sensing element. The size is 10m11 in width,
The distance between the electrodes was 41III.
この実施例のガス検知素子は、第6図に示すように、C
o、N20ガスには全く反応を示さなかったが、Noガ
スによって1桁以上の導電率の上昇を示した。したがっ
て、この実施例のガス検知素子は、No選択性のガス検
知素子として有効であることがわかる。The gas detection element of this example is as shown in FIG.
No reaction was shown at all to N20 gas, but the conductivity increased by more than one digit with No gas. Therefore, it can be seen that the gas sensing element of this example is effective as a No-selective gas sensing element.
B:
25μ−の厚みのポリピロール膜を化学合成法(K、
)<anazawa 、 A、 F、 [)iazおよ
びM、 Krounbi: J+polym、3ci、
Po1y 、1ett 、Ed、20(1982)1
87に記載)で合成し、ガス検知素子を作成した。この
実施例のガス検知素子は、第7図に示すように、N20
.Coに対しては全く導電率の変化を示さないが、No
ガスにより1桁以上の導電率の上昇が見られた。したが
って、この実施例のガス検知素子は、No選択性のある
ガス検知素子であることを確認することができた。B: Chemical synthesis method (K,
)<anazawa, A, F, [)iaz and M, Krounbi: J+polym, 3ci,
Poly, 1ett, Ed, 20 (1982) 1
87) to produce a gas detection element. The gas detection element of this example is as shown in FIG.
.. Co shows no change in conductivity at all, but No.
An increase in conductivity of more than one digit was observed depending on the gas. Therefore, it was confirmed that the gas sensing element of this example was a gas sensing element with No selectivity.
[発明の効果]
以上のように、本発明のガス検知素子は、特定ガスとの
接触により、導電性高分子の導電率または吸収スペクト
ルが変化することを利用したものであり、したがって被
検知ガスの選択性に優れたものであるため、検出対象ガ
スの存在を容易かつ確実に識別することが可能となる。[Effects of the Invention] As described above, the gas detection element of the present invention utilizes the fact that the conductivity or absorption spectrum of a conductive polymer changes upon contact with a specific gas. Since it has excellent selectivity, it is possible to easily and reliably identify the presence of the gas to be detected.
したがって、たとえば被検出ガスが、検知しようとする
Noなどを含む、いわゆるNo、cかどうかを識別する
ことができる。さらに、被検出ガスが混合ガスの場合に
は、該混合ガスに含まれるNOの存在を検知することが
でき、特に導電率の変化の割合からNOの分圧、したが
ってNoガスの含有量を知ることが可能となる。Therefore, for example, it is possible to identify whether the gas to be detected is a so-called No, c, which includes No to be detected. Furthermore, when the gas to be detected is a mixed gas, the presence of NO contained in the mixed gas can be detected, and in particular, the partial pressure of NO, and therefore the content of No gas, can be determined from the rate of change in conductivity. becomes possible.
第1図は、導電率変化を利用する場合の本発明のガス検
知素子の一構造例を示す図である。第2図は、吸収スペ
クトルの変化を利用する場合の本発明のガス検知素子の
構造例を示す斜視図である。
第3図は、実施例1のガス検知素子の導電率の時間変化
を示す図である。第4図は、実施例1(ポリチオフェン
を用いた場合の)ガス検知素子の導電率のガス圧力依存
性を示す図である。第5図は、実施例2(ポリチオフェ
ンを用いた場合)のガス検知素子の吸収スペクトルの変
化を示す図である。
第6図は、実施例4(ポリアセチレンを用いた場合)の
ガス検知素子の導電率のガス圧力依存性を示す図である
。第7図は、実施例5(ポリピロール膜を用いた場合)
のガス検知素子の導電率の時間変化を示す図である。
図において、1は導電性高分子成形体、2a。
2bG、を電極、3a 、 3b ハl、l−t’l!
、4は基板、5は導電性高分子薄膜を示す。
殆1図
導電率(S/cm)
第6図
斤力(mmHg )
時闇(介)
手続補正丙(方式)
昭和60.451月2′7日FIG. 1 is a diagram showing an example of the structure of a gas sensing element of the present invention in which a change in conductivity is utilized. FIG. 2 is a perspective view showing an example of the structure of the gas sensing element of the present invention in which a change in absorption spectrum is utilized. FIG. 3 is a diagram showing the change in electrical conductivity over time of the gas sensing element of Example 1. FIG. 4 is a diagram showing the gas pressure dependence of the electrical conductivity of the gas sensing element of Example 1 (when polythiophene is used). FIG. 5 is a diagram showing changes in the absorption spectrum of the gas sensing element of Example 2 (when polythiophene is used). FIG. 6 is a diagram showing the gas pressure dependence of the electrical conductivity of the gas sensing element of Example 4 (when polyacetylene is used). Figure 7 shows Example 5 (when using polypyrrole film)
FIG. 3 is a diagram showing changes in electrical conductivity over time of a gas sensing element in FIG. In the figure, 1 is a conductive polymer molded body, and 2a is a conductive polymer molded body. 2bG, electrode, 3a, 3b Hal, l-t'l!
, 4 is a substrate, and 5 is a conductive polymer thin film. Figure 1 Conductivity (S/cm) Figure 6 Force (mmHg) Tokiyami (Intermediate) Procedural Correction C (Method) January 2'7, 1986.45
Claims (3)
導電性高分子がガスに接触して導電率または吸収スペク
トルが変化することを利用する、ガス検知素子。(1) A gas sensing element made of a conductive polymer, which utilizes the fact that the conductive polymer changes its conductivity or absorption spectrum when it comes into contact with a gas.
請求の範囲第1項記載のガス検知素子。(2) The gas detection element according to claim 1, wherein the gas is nitrogen oxide gas (NOx).
(NO)である、特許請求の範囲第2項記載のガス検知
素子。(3) The gas detection element according to claim 2, wherein the nitrogen oxide gas (NOx) is nitrogen monoxide gas (NO).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27009384A JPS61147145A (en) | 1984-12-20 | 1984-12-20 | Gas detecting element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27009384A JPS61147145A (en) | 1984-12-20 | 1984-12-20 | Gas detecting element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61147145A true JPS61147145A (en) | 1986-07-04 |
Family
ID=17481431
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27009384A Pending JPS61147145A (en) | 1984-12-20 | 1984-12-20 | Gas detecting element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61147145A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5222388A (en) * | 1991-03-19 | 1993-06-29 | University Of California Patent, Trademark & Copyright Office | Nitrogen dioxide detection |
US6006586A (en) * | 1997-03-19 | 1999-12-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of measuring gas concentration |
US6305214B1 (en) * | 1999-08-26 | 2001-10-23 | Sensor Tek, Llc | Gas sensor and methods of forming a gas sensor assembly |
-
1984
- 1984-12-20 JP JP27009384A patent/JPS61147145A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5222388A (en) * | 1991-03-19 | 1993-06-29 | University Of California Patent, Trademark & Copyright Office | Nitrogen dioxide detection |
US6006586A (en) * | 1997-03-19 | 1999-12-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of measuring gas concentration |
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