JPS6246247A - ガスセンサ - Google Patents

ガスセンサ

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JPS6246247A
JPS6246247A JP18636185A JP18636185A JPS6246247A JP S6246247 A JPS6246247 A JP S6246247A JP 18636185 A JP18636185 A JP 18636185A JP 18636185 A JP18636185 A JP 18636185A JP S6246247 A JPS6246247 A JP S6246247A
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JP
Japan
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gas
layer
gas sensor
inspected
detected
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Pending
Application number
JP18636185A
Other languages
English (en)
Inventor
Toru Fujioka
藤岡 透
Hideo Kawamura
英雄 河村
Tomoji Kawai
知二 川合
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP18636185A priority Critical patent/JPS6246247A/ja
Publication of JPS6246247A publication Critical patent/JPS6246247A/ja
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明はガスセンサに関する。
〔背景技術〕
従来、金属酸化物半導体の表面に被検ガスが接触すると
半導体の抵抗が変化することから被検ガスの検出がなさ
れるようにした半導体式ガスセンサや、触媒を坦持させ
た白金(Pt)線の抵抗が、可燃性ガスの接触時、白金
の触媒作用による上記可燃性ガスの燃焼によって変化す
ることから被検ガスの検出がなされるようにした接触燃
焼式ガスセンサがある。これらのガスセンサは、低価格
でもあることから、家庭用ガス漏警報器などに組みこま
れて広く実用に供されている。しかしながら、その検出
の原理からして、特定のガスを選択的に検出することが
困難であり、妨害ガスに感応して誤報を発してしまうと
いう問題がある。
他方、工業用のガス、例えば、−酸化窒素ガスや、亜硫
酸ガスなどの無機性ガスの検出をおこなうためのものと
して、透過性膜を通して被検ガスを拡散吸収させた電解
質溶液中に設けられた電橋上での酸化還元反応に起因す
る電解電流の量の変化によって被検ガスの検出がなされ
るようにした電解式ガスセンサもある。しかしながら、
このガスセンサでは、電解質溶液の交換をおこなわなけ
ればならないというやっかいな保守作業を必要とするだ
けでなく、検出システム自身が複雑で高価となるという
問題がある。
〔発明の目的〕
この発明は、以上のような現状に鑑み、選択的な被検ガ
ス検出に通しているとともに、保守が不要で、しかも、
取扱い易い固体のガスセンサを提供することを目的とす
る。
〔発明の開示〕
前記目的を達成するため、この発明は、光照射により触
媒作用を有するようになる半導体光触媒材料をガス感応
部として用いて、前記光照射がなされていて触媒作用を
有しているときに被検ガスによって生ずる前記半導体光
触媒材料の電気的変化を前記被検ガス検出信号とするガ
スセンサを要旨とする。
以下、この発明を、その−実施例等をあられした図面を
参照しながら詳述する。
第1図は、この発明にかかるガスセンサの一実施例の主
要部分の断面をあられしたものである。
第2図は、このガスセンサの動作機構を説明するための
エネルギーバンド図をあられしたものである。
この発明にかかるガスセンサでは、光照射を触媒とする
半導体光触媒材料(以下、「光触媒材料」と略記する)
をガス感応部として用いている。
第2図にみるように、価電子帯(充満帯)Aの上端のエ
ネルギーと導電帯Bの下端のエネルギーの差に相当する
エネルギーギャップEgよりも大きいエネルギーを有す
る波長の光りを光触媒材料に照射すると、結晶内部に電
子Eと正孔Hが発生する。この光照射によって生じた電
子Eと正孔Hは非常に強い酸化力・還元力を有している
。これらの電子Eまたは正孔Hと被検ガス分子との反応
機構は複雑であるため、つまびらかではないが、基本的
には、つぎのようなものであると推察される。この電子
Eは、接触した被検ガス分子に与えられることとなるの
で、被検ガス分子が還元され、光触媒材料自身は酸化さ
れるという酸化還元反応が生じ、他方、正孔Hは接触し
た被検ガス分子から電子を受けとることとなるので、被
検ガス分子が酸化され、光触媒材料自身は還元されると
いう酸化還元反応が生ずることになるのである。したが
って、光触媒材料の種類によって、上記ふたつの酸化還
元反応うちの片一方の反応が起きて、光触媒材料に電気
的変化が生ずると推察されるのである。そして、光触媒
材料の価電子帯A、あるいは、伝導帯Bのエネルギーレ
ベルと被検ガス分子の酸化あるいは還元のエネルギーレ
ベルとの相対的な位置関係によって、選択的な被検ガス
検出をおこなうことができる。正孔Hが関与する酸化還
元反応の場合、価電子帯Aの上端より高い位置に酸化エ
ネルギーを持つガス分子についてのみ正孔によるガス分
子の酸化がおこるのである。したがって光触媒材料の種
類によって、検出できる被検ガスの種類が決まるのであ
る。
そのため、種類の異なる光触媒材料を備えた複数個のガ
スセンサを同時に用いれば、種類の異なる被検ガスの同
時測定ができるなど高機能の使用形態がとれることとな
る。
このように、この発明にかかるガスセンサでは、光照射
によって光触媒材料に発生する電子や正孔が、直接、被
検ガスとの反応に供与され、この反応によって光触媒材
料に電気的変化が生ずるので、光触媒材料にふたつの電
極を取付けてこの電気的変化を被検ガス検出信号として
とり出せばよいのである。また、被検ガスの濃度に応じ
て電子または正孔の増減量がかわることとなるので、と
り出される被検ガス検出信号量も被検ガスのガス濃度に
応じてかわることとなる。電解質溶液を用いる場合のよ
うな、保守作業を必要とする液相が使われていないので
、保守の必要もなく、いわゆるメンテナンスフリーのガ
スセンサとなっているこの発明にかかるガスセンサで検
出できるガスの種類を例示する。可燃性や爆発性を有す
るガスとしては、水素ガス、メタンガス、エタンガス、
エチレンガス、プロパンガス、ブタンガス、ベンゼンガ
ス、トルエンガス、アセトンガス、メチルエチルケトン
ガスなどのほか、メチルアルコールガス、エチルアルコ
ールガス、イソプロピルアルコールガスなどの各種アル
コールガスがある。有毒性や有害性を有するガスとして
は、−酸化炭素ガス、酸化窒素ガス、亜硫酸ガス、硫化
水素ガス、アンモニヤガスなどがある。その他に、半導
体を製造する工程に使われるガスとしては、アルシンガ
ス、ホスフィンガス、ジボランガスなどがある。
第1図を参照しながら、より具体的な製造例、および、
動作例の説明をおこなう。
このガスセンサ1は、n型半導体であるTiO2層2(
光触媒材料)の上面にP tJit3が備えられていて
、下面には11層4が備えられているという三層構造を
有している。そして、リード線として、2本のAuC金
)線5,5′がpt(プラチナ)層3と11層4に、そ
れぞれ、ひとつづつ導電ペースト6.6′によって接着
されている。
T i O2層2とT i 、ii 4はつぎのように
して形成される。高純度Ti板を約700℃の空気雰囲
気中で熱処理すると、表面にTiO2層2が形成され、
その下部には11層4が形成されることとなるのである
。つぎに、このTiO2層2の上に、真空蒸着法によっ
て、厚みが500オングストロームはどになるようpt
材を積層してPt層3を形成する。このようにして形成
されたpt層3は多孔性を有している。このpt層3が
ガスセンサ1の作用電極(その上から光照射がなされる
電極)となり、T 1Fi4が対向するもう一方の金属
電極となる。そして、1102層2とpt層3はショッ
トキーバリヤが形成されるようにして結合されており、
TiO2層2と11層4はオーミック接触となるように
結合されている。ショットキーバリヤが形成されている
と、T i 02層2で生じたキャリヤ、すなわち、電
子と正孔の分離が速やかにおこなわれることになるので
、被検ガスとキャリヤとの反応が促進されることとなる
。つまり、ショットキーバリヤの電界の働きで、Tto
2で発生した正孔は、pt層3 (光照射面)の方に向
かって進み、電子の方は、T i jii 4の方に向
かって進むことになるので、いったん発生した電子と正
孔がTiO2層2内で再結合して消滅してしまうことを
防ぐことができる。そして、多孔性のpt層を透過して
T i 02 Jii 2に接触する被検ガス分子と、
つぎつぎに表面に出てくる正孔の間で、効率の良い酸化
還元反応がおこなわれることとなるのである。この場合
、被検ガス分子と接触するのが正孔であるから、正孔が
消費されることによって再結合の確立が低下するため、
Au線5゜5′間の抵抗値は低下することとなる。
つぎに、第3図および第4図を参照しながら、被検ガス
の具体的な検出動作の説明を以下に行なう。
第3図は、第1図のガスセンサ1を用いて被検ガスの検
出をおこなうときのシステムの概略をあられしたもので
あり、第4図は、このガスセンサ1からの被検ガス検出
信号の経時変化をあられしたものである。なお、被検ガ
スには、エタノールガスを用いた。。
反射鏡10で反射されたsoowのX8ランプ11の光
を、レンズ12で収束してガスセンサ1の光触媒材料上
に照射できるようになっている。
一方、ポテンショスタンド13によって、ガスセンサ1
のAu線5.5′間の電圧を常に一定の値に維持できる
ように、配線がなされている。Xeランプ11の光は、
Ti02層のエネルギーギャップEg(3,2eV)に
相当する波長(約3850オングストローム)より短い
波長成分を有しているため、照射されるとT i O2
層内に電子と正孔が生ずる。このポテンショスタンド1
3はレコーダ14に接続されていて、Au線5,5′間
を流れる電流の変化が記録されるようになっている。第
4図の曲線eは、この電流の経時変化を示したものであ
る。
pt層3がT i lii 4に対して一60mVとな
るようにポテンショスタンド13を設定する。そうする
と、光を照射しない暗時には、第4図にみるように、0
.34mAの電流が流れる。この暗時には、第3図の矢
印に示すようにエタノールガスが光触媒材料に導入され
ても、電流値は変化しない。時刻T1で、Xeランプ1
1からの光が照射されると、キャリヤが発生して光電流
が流れることとなるので0.74mAまで電流が増加す
る。この光が照射された状態でエタノールガスを時刻T
2で導入すると、第4図にみるように、エタノールガス
が導入されている間は、電流が増えてピークP1があら
れれ、時刻T3でエタノールガスを排気するとピークP
1が消える。時刻T4と時刻T5の間により濃度の高い
エタノールガスを流すと、ピークP1よりも高いピーク
P2があられれる。これは、光照射によって生じた正孔
がエタノールガスを酸化しているためであり、気相の被
検ガスに対して、反応していることがわかる。なお、測
定は室温でなされていて、ガスセンサ1は室温でも十分
動作している。室温付近で使えるガスセンサは利用でき
る範囲が広くなる。
以上の説明では、光触媒材料としてTiO2を例示した
が、例えば、ZnOのようなものでもよく、要は光照射
がなされたときに、電子や正孔が生ずるものであればよ
い。また電橋材料としては、InやA!などでもよく、
例示したptに限られるものではない。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、この発明にかかるガスセンサは、
光照射により触媒作用を有するようになる半導体光触媒
材料をガス感応部として用いて、光照射時に被検ガスに
よって生ずる半導体光触媒材料の電気的変化を被検ガス
検出信号とする構成となっている。そのため、選択的な
被検ガス検出に通しているとともに、実質的に保守が不
用で、しかも、取扱い易い全固体のガスセンサが実現で
きることとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明にかかるガスセンサの一実施例の主
要部の断面図、第2図は、このガスセンサの基本的な動
作機構を説明するためのエネルギーバンド図、第3図は
、上記のガスセンサを用いて被検ガスの検出をおこなう
ときのシステム説明図、第4図は、ガスセンサを流れる
電気の経時変化をあられしたグラフである。 l・・・ガスセンサ 2・・・TiO2層(半導体光触
媒材料) 3・・・pt層(作用電橋) 4・・・Ti
層(金属電極)5.5’・・・Au線 代理人 弁理士  松 本 武 彦 第1図 第2図 第3図 +          時間 手続補正書(誇 へ 1、19牛のヌし云 昭和60年特許願第186361号 2、発明の名称 ガスセンサ 3、補正をする者 事件との関係     特許出願人 性   所    大阪府門真市大字門真1048番地
名 称(583)松下電工株式会社 代表者  イル取締役藉井貞夫 4、代理人 )・I な   し 6、補正の対象 明細書″ 7、補正の内容 (1)明細書第12頁第6行にrInやAl」とあるを
、rPdJと訂正する。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光照射により触媒作用を有するようになる半導体
    光触媒材料をガス感応部として用いて、前記光照射がな
    されて触媒作用を有しているときに被検ガスによって生
    ずる前記半導体光触媒材料の電気的変化を前記被検ガス
    検出信号とするガスセンサ。
  2. (2)半導体光触媒材料が、一方の面に形成された多孔
    質膜からなる作用電極を備えているとともに、他方の面
    にオーミック接触となるようにして形成された金属電極
    を備えていて、前記両電極から被検ガス検出信号の取り
    出しがなされるようになっている特許請求の範囲第1項
    記載のガスセンサ。
  3. (3)多孔質電極が金属薄膜であって、この金属薄膜と
    半導体光触媒材料の間にはショットキーバリヤが形成さ
    れている特許請求の範囲第2項記載のガスセンサ。
JP18636185A 1985-08-23 1985-08-23 ガスセンサ Pending JPS6246247A (ja)

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JP18636185A JPS6246247A (ja) 1985-08-23 1985-08-23 ガスセンサ

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JP (1) JPS6246247A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5457333A (en) * 1990-11-30 1995-10-10 New Cosmos Electric Co., Ltd. Gas sensor used in leak detectors or alarm units
US6437676B1 (en) 1999-06-29 2002-08-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Inductance element
JP2007240462A (ja) * 2006-03-10 2007-09-20 Tokyo Univ Of Science ガス検出用素子、水素センサ及びガス検出用素子の製造方法
JP2014202478A (ja) * 2013-04-01 2014-10-27 理研計器株式会社 ホスフィン検出用半導体ガスセンサ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5457333A (en) * 1990-11-30 1995-10-10 New Cosmos Electric Co., Ltd. Gas sensor used in leak detectors or alarm units
US6437676B1 (en) 1999-06-29 2002-08-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Inductance element
JP2007240462A (ja) * 2006-03-10 2007-09-20 Tokyo Univ Of Science ガス検出用素子、水素センサ及びガス検出用素子の製造方法
JP2014202478A (ja) * 2013-04-01 2014-10-27 理研計器株式会社 ホスフィン検出用半導体ガスセンサ

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