KR870001034B1 - Gas detecting apparatus - Google Patents

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Abstract

The two sensors are pref. secured and suspended by lead wires in a cut area in an inuslating support plate of glass epoxy resin or A1203 having Cu foil conductor patterns on its front and rear surfaces. The sensors may be on opposite faces of the support, or in parallel on the same surface. The drive circuit for the device pref. comprises (i) a separate resistance-voltage converting circuit connected to each sensor; (ii) an alarm level setting circuit connected to the reference resistance converter; (iii) a voltage comparator comparing signals from the CO sensor and the alarm level setting circuit; and (iv) an alarm circuit.

Description

기체검출소자Gas detector

제1도는 본 발명의 기체 검출 소자의 1예의 단면도.1 is a cross-sectional view of an example of a gas detection element of the present invention.

제2도는 본 소자로 조립된 장치의 예.2 is an example of a device assembled with the device.

제3도는 Pd(1.0wt%)-Al2O3촉매를 사용한 본 발명소자의 각종 기체에 대한 감도특성을 표시한 그래프.3 is a graph showing the sensitivity characteristics of various gases of the device using the Pd (1.0wt%)-Al 2 O 3 catalyst.

제4도는 본 발명에 있어서, SnO2박막의 감도 특성을 표시한 그래프.4 is a graph showing the sensitivity characteristics of the SnO 2 thin film in the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 절연지지체 2 : 전극1: insulation support 2: electrode

3 : Sn2O3박막 4 : 촉매층3: Sn 2 O 3 thin film 4: catalyst layer

5 : 절연판 6 : 핀5: insulation plate 6: pin

7 : 리이드선 8 : 히이터7: lead wire 8: heater

본 발명은 기체 검출 소자에 관한 것으로서 낮은 농도의 환원성 기체에 대하여 고감도이고, 또한 실온~약 120℃의 저온에서는 일산화탄소(CO)를, 350-450℃의 고온에서는 메탄(CH4), 프로판(C3H8)을 선태적으로 검출하는 기체 검출 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a gas detection element, which is highly sensitive to a low concentration of reducing gas, and has carbon monoxide (CO) at a low temperature of room temperature to about 120 ° C, methane (CH 4 ) and propane (C) at a high temperature of 350-450 ° C. It relates to a gas detection element for detecting 3 H 8 ) selectively.

종래로부터 대기중의 환원성 기체를 검출하기 위해서, N형 반도체 특성을 나타내는 SnO2,ZnO,Fe2O3등의 금속산화물 반도체의 소결체를 사용한 기체 검출 소자는 공지되었는데 상기 금속산화물 반도체가 환원성 기체와 접속하면 그 전기전도도가 증대하여 즉, 저항치가 감소하는 현상을 이용한 것이다.Conventionally, a gas detection element using a sintered body of a metal oxide semiconductor such as SnO 2 , ZnO, Fe 2 O 3 , which exhibits N-type semiconductor characteristics, is known to detect a reducing gas in the atmosphere. When connected, the electric conductivity increases, that is, the resistance decreases.

한편, 근년에 상기한 소결체형의 기체 검출소자 대신에 박막형의 소자에 관한 연구가 에너지의 유효이용을 전제로 하는 시스템화의 경향에 대응하여 소자의 축소화와 다기능화의 요청에 응하여서 추진되고 있다. 본 형식의 소자는 상기한 바와 같은 금속산화물반도체를 스포트법, 증착법, CVD법등의 박막형성법으로 피복시켜서 박막으로 한 구조의 것이다.On the other hand, in recent years, research on thin-film devices instead of the sintered body-type gas detection devices has been promoted in response to the demand for miniaturization and multifunctionality of devices in response to the trend of systemization on the premise of effective use of energy. The device of this type has a structure in which the metal oxide semiconductor as described above is coated with a thin film forming method such as spot method, vapor deposition method, or CVD method to form a thin film.

소결체형, 박막형의 어느 것의 기체검출소자에 있어서도, 일반적으로 금속산화물 반도체만으로는 기체 검출소자로서 그 감도가 적고, 선택성도 충분하다고 할 수 없으므로, 통상, 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 등의 귀금속을 촉매로 사용하여, 소자의 감도를 높이려는 시도를 하고 있다. 즉 Pt,Pd를 직접 금속산화물 반도체에 첨가하거나 혹은 Pt,Pd를 지지하는 촉매층을 금속산화물반도체상에 형성하는 방법이 취해지고 있다.In the gas detection device of either the sintered body type or the thin film type, in general, precious metals such as platinum (Pt) and palladium (Pd) are generally used because only a metal oxide semiconductor has a low sensitivity and sufficient selectivity as a gas detection device. Attempts to increase the sensitivity of the device using the catalyst. That is, a method of directly adding Pt and Pd to a metal oxide semiconductor or forming a catalyst layer supporting Pt and Pd on a metal oxide semiconductor is taken.

이와 같은 방법에 의하면 촉매가 없는 경우에 비해서 감도는 향상하나, 낮은 농도의 환원성 기체에 대하여서는 충분한 감도를 나타내지 않는다. 더군다나 각종의 환원성기체가 혼합된 경우, 일종의 환원성 기체만을 선택성이 높은 감도로 검출하는 것은 다른 환원성 기체의 영향에 의하여, 소자의 오동작이 유발되므로, 극히 곤란하다. 특히 CO와 같이 낮은 농도에서도 인체에 나쁜 영향을 끼치는 기체에 대하여 다른 환원성기체에 의한 오동작을 배제하면서 검출하는 것은 지극히 곤란하다.According to this method, sensitivity is improved as compared with the case where there is no catalyst, but it does not show sufficient sensitivity with respect to a low concentration of reducing gas. Furthermore, when various reducing gases are mixed, it is extremely difficult to detect only one kind of reducing gas with high selectivity because malfunction of the device is caused by the influence of other reducing gases. In particular, even at low concentrations such as CO, it is extremely difficult to detect a gas that adversely affects the human body while excluding a malfunction caused by another reducing gas.

나아가서는 기체검출소자를 일반 가정에서 사용하는 것을 가정한 경우, 알콜증기에 의한 오동작을 배제하는 것이 중요한 문제가 된다.Furthermore, when assuming that the gas detection device is used in a general home, it is important to eliminate the malfunction caused by alcohol vapor.

본 발명은 낮은 농도의 환원성 기체에 대하여서도 고감도이고, 사용온도에 따라 각종의 환원성 기체를 선택적으로 검출할 수 있는 박막형의 기체검출소자의 제공을 목적으로 하는 것이다.An object of the present invention is to provide a thin film type gas detection element which is highly sensitive to a low concentration of reducing gas and can selectively detect various reducing gases depending on the use temperature.

본 발명의 기체 검출소자는 한쌍의 전극이 장착된 절연지지체의 표면에 금속원자를 함유하는 유기화합물을 열분해하여 이 전극을 피복하여 산화제 2주석박막 또는 니오븀 또는 안티몬을 첨가한 산화제2주석박막을 형성하고, 산화알루미늄에 팔라듐, 백금, 로듐중 적어도 하나를 담지시킨 촉매의 층을 상기 박막상에 피복하는 것을 특징으로 한다.The gas detection device of the present invention thermally decomposes an organic compound containing a metal atom on the surface of an insulating support on which a pair of electrodes is mounted to coat the electrode to form a tin oxide thin film or a tin oxide thin film containing niobium or antimony. And a layer of a catalyst in which at least one of palladium, platinum and rhodium is supported on aluminum oxide is coated on the thin film.

제1도 및 제2도는 본 발명의 일예를 나타낸 것으로서, 제1도는 원통형 소자의 단면도, 제2도는 상기 소자의 사용시의 사시도인데, 이하에 본 발명을 도면에 의하여서 상세히 설명한다.1 and 2 show an example of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical element, and FIG. 2 is a perspective view of the element, and the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

우선, 제1도의 (1)은 알루미나 또는 물라이트로 제조된 통모양의 절연지지체로서 본 지지체(1)의 외주면에는 한쌍의 전극(2)이 설치되어 있다. 지지체(1) 및 전극(2)을 산화제2주석(SnO2)의 박막 또는 불순물로서의 니오븀(Nb) 또는 안티몬 (Sb)의 산화물을 포함하는 SnO2의 박막(3)으로 피복한뒤 그 위를 두꺼운 촉매층(4)으로 전체를 피복하여 적층시켜 본 발명의 기체 검출소자를 제조한다.First, (1) of FIG. 1 is a cylindrical insulating support made of alumina or mullite, and a pair of electrodes 2 are provided on the outer circumferential surface of the support 1. The support 1 and the electrode 2 are coated with a thin film of tin oxide 2 (SnO 2 ) or a thin film 3 of SnO 2 containing an oxide of niobium (Nb) or antimony (Sb) as an impurity and thereon. The gas detection device of the present invention is manufactured by covering and stacking the whole with a thick catalyst layer 4.

이때 박막(3)의 막두께는 1000Å-1㎛인 것이 양호한데, 막의 두께가 1㎛을 넘으면 환원성 기체에 대한 감도가 낮아지고, 또 1000Å보다 적은 경우에는 감도가 낮아지는 동시에 불균형이 커진다. 또한 두꺼운 촉매층(4)의 두께는 10-50㎛의 범위에 있는 것이 양호한데 이 범위를 벗어나면 감도, 선택성 등의 촉매 효과가 낮아진다.At this time, the film thickness of the thin film 3 is preferably 1000 kPa-1 mu m. When the thickness of the film is more than 1 mu m, the sensitivity to the reducing gas is lowered, and if it is less than 1000 kPa, the sensitivity is lowered and the imbalance increases. In addition, the thickness of the thick catalyst layer 4 is preferably in the range of 10-50 占 퐉, but beyond this range, the catalytic effect such as sensitivity and selectivity is lowered.

이와같이 구성된 본 발명의 소자는 제2도에 도시한 바와 같이 절연판(5)에 세워진 핀(6) 위에 서로 접속되지 않게끔 설치된다. 부호(7)은 전극용의 리이드선이고 (8)은 히이터인데 히이터(8)는 소자의 표면온도(작동온도)를 조정하기 위하여 설치된다.The device of the present invention configured as described above is provided so as not to be connected to each other on the pin 6 erected on the insulating plate 5 as shown in FIG. Reference numeral 7 denotes a lead wire for an electrode, and 8 denotes a heater, and a heater 8 is provided to adjust the surface temperature (operating temperature) of the element.

본 발명에 의한 박막(3)은, Sn을 함유하는 유기화합물 또는 Nb 혹은 Sb를 함유하는 유기화합물과 Sn을 함유하는 유기화합물과의 혼합물을 열분해하여 구성된 SnO2박막 또는 Nb,Sb를 함유하는 SnO2박막이다. 박막(3)은 다음과 같이 하여서 제조된다.The thin film 3 according to the present invention is a SnO 2 thin film or SnO containing Nb or Sb formed by thermal decomposition of an organic compound containing Sn or a mixture of an organic compound containing Nb or Sb and an organic compound containing Sn. 2 thin film. The thin film 3 is manufactured as follows.

우선, 주석의 금속비누(예컨대 2에틸 헥산주석) 혹은 Sn을 함유하는 수지염, 주석의 알콕시드(ROSn; 단 R은 알킬기) 또는 주석의 유기 금속화합물(RSn : 단 R은 알킬기 혹은 알릴기) 등의 Sn을 함유하는 유기화합물 또는 이에 Nb 혹은 Sb를 함유하는 유기화합물을 소정량 첨가한 혼합물을 톨루엔, 벤젤, n-부틸 알콜등의 적당한 용매를 사용하여 용해하여 Sn의 소정농도의 시료 용액을 제조한다. Sn 농도는 1.0-20중량%의 범위로 하는 것이 양호하다.First, a tin metal soap (e.g., 2 ethyl hexane tin) or a resin salt containing Sn, an alkoxide of tin (ROSn (where R is an alkyl group)) or an organometallic compound of tin (RSn: where R is an alkyl group or an allyl group) Sn-containing organic compounds or mixtures containing a predetermined amount of Nb- or Sb-containing organic compounds are dissolved using a suitable solvent such as toluene, benzel or n-butyl alcohol to prepare a sample solution having a predetermined concentration of Sn. Manufacture. It is preferable to make Sn concentration into the range of 1.0-20 weight%.

그뒤 상기 시료용액으로 한쌍의 전극(2)을 갖는 절연 지지체(1)의 외주면을 피복하고 공기중에서 약 30분-1시간 방치한 후, 약 120℃의 온도로 가열하여 용매를 기화시킨다. 그뒤 전체를 공기중에서 30분-1시간에 걸쳐 400-700℃의 온도로 가열하면, Sn을 함유하는 유기화합물은 열분해되고 Sn은 산화되어서 Sn02박막이 형성된다. 사용하는 시료용액의 Sn 농도로 인하여 임의적인 한가지로 정할 수 없으나, 피복과 소성 공정을 1-4회 정도 반복하여, SnO2박막을 형성한다.Thereafter, the outer surface of the insulating support 1 having the pair of electrodes 2 is covered with the sample solution and left in air for about 30 minutes to 1 hour, and then heated to a temperature of about 120 ° C. to vaporize the solvent. Then, when the whole is heated to a temperature of 400-700 ° C. in air for 30 minutes to 1 hour, the organic compound containing Sn is thermally decomposed and Sn is oxidized to form a Sn0 2 thin film. Due to the Sn concentration of the sample solution to be used can not be determined by any one, but the coating and firing process is repeated about 1-4 times to form a SnO 2 thin film.

불순물로서 Nb,Sb를 첨가한 박막(3)을 제조한 경우, Nb,Sb는 모두 도너 (donor )로서 가능하다.In the case where the thin film 3 to which Nb and Sb is added as an impurity is produced, both Nb and Sb are possible as donors.

Nb,Sb는 Sn에 대하여 0.005-0.05의 범위내의 원자비(Nb/Sn 또는 Sb/Sn)인 양으로 하는 것이 좋다.Nb, Sb is preferably set to an amount that is an atomic ratio (Nb / Sn or Sb / Sn) in the range of 0.005-0.05 with respect to Sn.

상기와 같이 하여 제조된 Sn02박막(3)상에 하기 피복방법을 사용하여 두꺼운 막 촉매층(4)이 형성된다.A thick membrane catalyst layer 4 is formed on the Sn0 2 thin film 3 prepared as described above using the following coating method.

본 발명에 있어서의 촉매층(4)은 산화알루미늄(Al2O3)에 팔라듐(Pd), 백금 (Pt), 로듐(Rh)중 어느 하나 또는 팔라듐-백금(Pd-Pt), 팔라듐-로듐(Pd-Rh), 백금-로듐(Pt -Rh) 중 어느 하나를 담지시킨 촉매로 제조된다.In the catalyst layer 4 of the present invention, any one of palladium (Pd), platinum (Pt), and rhodium (Rh) or palladium-platinum (Pd-Pt) and palladium-rhodium (Al 2 O 3 ) Pd-Rh) and platinum-rhodium (Pt-Rh) are prepared from a catalyst supporting one.

상기 촉매는 하기와 같이 제조된다.The catalyst is prepared as follows.

우선, H2PtCl6·6H2O,PdCl2,RhCl3·3H2O 등의 염화물 또는 (NH4)2PtCl6, (NH4)2PdCl6, (NH4)3RhCl6등의 암모늄염을 사용하여 원하는 농도의 Pd,Pt,Rh 수용액을 제조한다.First, a chloride such as H 2 PtCl 6 · 6H 2 O, PdCl 2 , RhCl 3 · 3H 2 O, or an ammonium salt such as (NH 4 ) 2 PtCl 6 , (NH 4 ) 2 PdCl 6 , (NH 4 ) 3 RhCl 6 To prepare a Pd, Pt, Rh aqueous solution of the desired concentration.

Al2O3에 Pd,Pt,Rh를 각기, 단독으로 담지시킬 때에는 각각의 수용액에 소정량의 Al2O3를 침지하고, 또 Pd-Pt,Pd-Rh,Pt-Rh를 Al2O3에 담지시키는 경우에는 Pd,Pt, Rh의 수용액을 소정의 비율로 혼합하여 혼합용액을 제조한뒤 소정량의 Al2O3를 침지시킨다.Al 2 O 3 on Pd, Pt, the time to the Rh each alone supported by immersing the Al 2 O 3 in a predetermined amount to each of the aqueous solutions, and further Pd-Pt, Pd-Rh, a Pt-Rh Al 2 O 3 In the case of supporting it on the substrate, an aqueous solution of Pd, Pt, and Rh is mixed at a predetermined ratio to prepare a mixed solution, and then a predetermined amount of Al 2 O 3 is immersed.

혼합물을 충분히 교반하여 혼합한후, 1-2시간 감압건조한뒤 다시, 약 100℃로 가열 건조한다. 이를 분마기로 분쇄하고, 석영 도가니에 넣어 400-800℃의 온도로 소성한다. 이와같이 하여 Al2O3에 소정량의 Pd,Pt,Rh,Pd-Pt,Pd-Rh,Pt-Rh가 각기 담지된 촉매가 제조된다.After the mixture was sufficiently stirred and mixed, the mixture was dried under reduced pressure for 1-2 hours, and then dried by heating to about 100 ° C. It is crushed with a powder grinder and put into a quartz crucible and fired at a temperature of 400-800 ° C. In this way, a catalyst having a predetermined amount of Pd, Pt, Rh, Pd-Pt, Pd-Rh, and Pt-Rh supported on Al 2 O 3 is prepared.

이때, Al2O3에 대한 Pd,Pt,Rh의 담지량은 각기 단독의 경우에는 Al2O3의 중량에 대하여 0.05-20.0중량%의 범위가 바람직한데 상기 이외의 범위로는 소자의 감도 향상에 기여하지 않는다. 또한 Al2O3에 Pd-Pt,Pd-Rh,Pt-Rh를 담지시키는 경우 Pd-Pt,Pd-Rh의 경우 Pd는 Al2O3의 중량에 대해, 0.05-20.0중량%, Pt,Rh의 Pd에 대한 원자비(Pt/Pd 또는 Rh/Pd)는 0.05-1.0,Pt-Rh의 경우에는 Pt의 Al2O3의 중량에 대해 0.05-20.0중량%, Rh의 Pt에 대한 원자비(Rh/Pt)는 0.05-1.0의 범위에 있는 것이 좋다.At this time, a Pd, Pt, when the loading amount of Rh are each alone, together in the range of 0.05-20.0% by weight, based on the weight of Al 2 O 3 in a range other than the above are the improved sensitivity of the element to the Al 2 O 3 Does not contribute. In the case of supporting Pd-Pt, Pd-Rh, Pt-Rh on Al 2 O 3, in the case of Pd-Pt, Pd-Rh, Pd is 0.05-20.0% by weight based on the weight of Al 2 O 3 , Pt, Rh The atomic ratio (Pt / Pd or Rh / Pd) to Pd is 0.05-1.0, in the case of Pt-Rh, 0.05-20.0% by weight relative to the weight of Al 2 O 3 of Pt, and the atomic ratio of Pt to Rt ( Rh / Pt) is preferably in the range of 0.05-1.0.

상기 이외의 범위로는 제조된 소자의 감도향상에 기여하지 않는다.It does not contribute to the improvement of the sensitivity of the manufactured element in the range other than the above.

이와같이 하여, 제조된 촉매를 바인더로서 알루미늄 히드록시 클로라이드 등의 수용액을 사용하여서 페이스트로 제조한뒤 SnO2박막위에 소정의 두께로 피복하여 건조시키고, 300-400℃의 온도로 소성하여, 본 발명에 의한 촉매층 형성한다.In this way, the prepared catalyst is prepared into a paste using an aqueous solution of aluminum hydroxy chloride or the like as a binder, coated on a SnO 2 thin film to a predetermined thickness, dried, and calcined at a temperature of 300-400 ° C., according to the present invention. To form a catalyst layer.

[실시예 1]Example 1

1) SnO2박막의 형성.1) Formation of SnO 2 thin film.

2-에틸 헥산 주석을 n-부탄올에 용해하여 Sn의 함유량이 10중량%인 시료 용액을 제조하였다.2-ethyl hexane tin was dissolved in n-butanol to prepare a sample solution having a Sn content of 10% by weight.

이것을 제1도에 도시한 바와 같이 한쌍의 전극(2)이 설치된 절연지지체(1)의 외측표면에 피복하여 공기중에 1시간 방치한 후, 120℃로 가열하여, n-부탄올을 기화시켰다. 이어서 전체를 400℃로 1시간 공기중에서 소성하였다. 상기 피복-소성 공정을 3회 반복하여, 두께가 약 0.3㎛의 SnO2박막을 형성하였다.As shown in FIG. 1, the outer surface of the insulating support 1 provided with the pair of electrodes 2 was coated and left in air for 1 hour, and then heated to 120 ° C. to evaporate n-butanol. The whole was then calcined at 400 ° C. in air for 1 hour. The coating-firing process was repeated three times to form a SnO 2 thin film having a thickness of about 0.3 μm.

2) 촉매층의 형성2) formation of catalyst layer

(NH4)2PdCl6을 물에 용해하여 Pd함량이 1.0중량%인 수용액을 제조하였다. 상기 수용액에 표면적이 약 100m2/g인 Al2O3세분을 침지하고, 충분히 교반하였다. Al2O3세분을 체로 분리하고 1.5시간 감압건조하여서 수분을 제거한 후 증발건조하였다. 그뒤 분마기로 분쇄하고, 얻어진 분말을 석영도가니의 속에 넣어서 400℃로 소성하였다.(NH 4 ) 2 PdCl 6 was dissolved in water to prepare an aqueous solution having a Pd content of 1.0% by weight. The aqueous solution was immersed in an Al 2 O 3 fraction having a surface area of about 100 m 2 / g and sufficiently stirred. The Al 2 O 3 fractions were separated by a sieve and dried under reduced pressure for 1.5 hours to remove moisture and then evaporated to dryness. Thereafter, the resultant was pulverized with a powder grinder, and the obtained powder was placed in a quartz crucible and fired at 400 ° C.

상기 촉매 분말을 알루미늄 히드록시 클로라이드 수용액(Al2O31%)에 첨가하여 페이스트상을 제조하였다. 상기페이스트를 SnO2박막상에 피복한 후, 건조하고, 전체를 400℃로 소성하였다. 두께가 20㎛인 Pd 담지 Al2O3의 촉매층이 형성되었다.The catalyst powder was added to an aqueous aluminum hydroxy chloride solution (Al 2 O 3 1%) to prepare a paste. The paste was coated on a SnO 2 thin film, then dried, and the whole was baked at 400 ° C. A catalyst layer of Pd-supported Al 2 O 3 having a thickness of 20 μm was formed.

3) 감도 특성의 측정3) Measurement of sensitivity characteristics

상기와 같이 제조된 본 발명의 기체 검출 소자로 부터 제2도에 표시한 바와 같은 소자를 조립하고, 이것을 사용하여 농도 200ppm의 CO,H2,CH4,C3H8및 농도 1000ppm의 C2H5OH 기체에 대해, 소자의 작동온도에 관한 감도를 Rair/Rgas로 측정하였다. 여기서, Rair는 측정 기체를 함유하지 않은 공기중에서의 본 소자가 보인 저항값이고, Rg as는 각각 제시된 농도의 상기 기체를 함유하는 공기중에서, 소자가 보인 저항값이다.From the gas detection device of the present invention manufactured as described above, a device as shown in FIG. 2 was assembled, and was used to fabricate 200 ppm of CO, H 2 , CH 4 , C 3 H 8 and 1000 ppm of C 2. For H 5 OH gas, the sensitivity with respect to the operating temperature of the device was measured by Rair / Rgas. Here, Rair is a resistance value seen by the device in air that does not contain the measurement gas, and Rg as is a resistance value seen by the device in air containing the gas at the indicated concentrations, respectively.

Rair/Rgas가 클수록 고감도인 것을 의미한다.Larger Rair / Rgas means higher sensitivity.

상기의 결과를 제3도에 일괄하여 표시하였다.The above results are collectively shown in FIG.

또한, 비교를 위해 Pd-Al2O3촉매층이 설치되지 않고, SnO2박막만을 구비한 기체검출 소자의 감도를 제4도에 표시하였다.In addition, FIG. 4 shows the sensitivity of the gas detection device having only a SnO 2 thin film without a Pd-Al 2 O 3 catalyst layer provided for comparison.

도면중, ○은 CO, △은 H2,

Figure kpo00001
은 CH4, □은 C3H8, ●은 C2H5OH를 각기 표시한다.In the figure, ○ is CO, △ is H 2 ,
Figure kpo00001
Is CH 4 , □ is C 3 H 8 , and ● is C 2 H 5 OH.

제4도에서 명백한 바와 같이 SnO2박막만의 소자는 전체적으로 그 감도가 적고 또, 모든 작동온도에서 C2H5OH의 감도가 크다. 그러나, 상부에 Pd-Al2O3촉매층이 형성된 본 발명의 소자는 제3도에서 명백한 바와 같이 그 감도가 전체적으로 증대하여 고감도로 되고 감도를 나타내기 시작하는 작동온도가 일반적으로 저온으로 이동하고 또 각각의 기체에 대한 감도 특성이 변화하여 작동온도에 의한 기체 선택성이 나타내어진다.As is apparent from FIG. 4, the SnO 2 thin film-only device is less sensitive overall and has a higher sensitivity of C 2 H 5 OH at all operating temperatures. However, the device of the present invention having a Pd-Al 2 O 3 catalyst layer formed thereon, as is apparent from FIG. 3, has a high sensitivity as a whole and a high sensitivity, and an operating temperature at which the sensitivity starts to appear generally moves to a low temperature. The sensitivity characteristics for each gas change to indicate gas selectivity by operating temperature.

제3도에서 C2H5OH를 고려해볼 때, 기체농도 1000ppm에 대해, 그 감도는 약 200℃에서 최대가 되지만 약 120℃ 이하에서는 200ppm의 CO에 대한 감도보다 낮아진다. 또, 200℃를 넘어서 부터 감도는 서서히 저하하여, 약 420℃ 이상에서는 200 ppm의 H2,CH4,C3H8에 대한 감도보다도 저하한다.Considering C 2 H 5 OH in FIG. 3, for a gas concentration of 1000 ppm, its sensitivity is maximum at about 200 ° C. but below about 120 ° C. it is lower than its sensitivity to 200 ppm CO. Further, the sensitivity is gradually lowered beyond 200 ° C, and lower than the sensitivity for 200 ppm of H 2 , CH 4 , C 3 H 8 at about 420 ° C or higher.

따라서, CH4,C3H8의 경보농도는 2000ppm 이상이므로, 1000ppm의 C2H5OH가 존재하는 경우, 약 350℃이상의 작동온도이면 C2H5OH에 의한 오동작을 발생하지 않고 CH4,C3H8에 대한 경보레벨을 설정할 수가 있다. 또한 작동온도를 120℃ 이하의 저온으로 하면 1000ppm의 C2H5OH에 의한 오동작을 발생하지 않고 200ppm의 CO경보 레벨을 설정할 수가 있다.Therefore, since the alarm concentrations of CH 4 and C 3 H 8 are more than 2000 ppm, if 1000 ppm of C 2 H 5 OH is present, and if the operating temperature is about 350 ° C. or higher, there will be no malfunction due to C 2 H 5 OH and CH 4 You can set the alarm level for C 3 H 8 . In addition, when the operating temperature is lower than 120 ° C., the CO alarm level of 200 ppm can be set without causing malfunction by 1000 ppm of C 2 H 5 OH.

[실시예 2]Example 2

실시예 1과 같은 방법으로, 각종의 SnO2박막을 형성하고, 다시 이위에 각종의 두꺼운 촉매층을 형성하여 본 발명의 소자를 제조하였다. 실시예 1과 같은 방법으로 이들에 대한 각 작동은 온도의 감도(Rair/Rgas)를 측정하였다. 작동온도 100℃, 350℃, 400℃에서의 각 소자의 감도를 일괄하여서, 표에 나타내었다.In the same manner as in Example 1, various SnO 2 thin films were formed, and various thick catalyst layers were formed thereon, to fabricate the device of the present invention. Each operation on them in the same manner as in Example 1 measured the sensitivity of the temperature (Rair / Rgas). The sensitivity of each device at the operating temperatures of 100 ° C, 350 ° C and 400 ° C is collectively shown in the table.

또한 SnO2박막에 있어, Nb,Sb는 각기 Sn에 대한 원자비로 0.01당량이다. 또, 촉매에 있어, Pd,Pt,Rh를 각기 A2lO3에 담지시킨 것은 그 담지량이 Al2O3의 중량에 대하여 모두 1.0중량%이고, Pd-Pt,Pd-Rh의 경우에는 Pd의 Al2O3에 대한 담지량이 1.0중량%이고, 또한 Pt,Rh는 Pd에 대한 원자비로 0.5이었다.In the SnO 2 thin film, Nb and Sb are 0.01 equivalents in atomic ratio with respect to Sn, respectively. In the catalyst, each of Pd, Pt, and Rh supported on A 2 lO 3 was 1.0 wt% based on the weight of Al 2 O 3 , and in the case of Pd-Pt, Pd-Rh, The supported amount of Al 2 O 3 was 1.0% by weight, and Pt and Rh were 0.5 in an atomic ratio to Pd.

Pt-Rh에 있어서 Pt가 Al2O3에 대해 1.0중량%, Rh는 Pt에 대해 0.5의 원자비로 존재하였다.For Pt-Rh, Pt was present at 1.0 weight percent relative to Al 2 O 3 , and Rh was present at an atomic ratio of 0.5 to Pt.

Figure kpo00002
Figure kpo00002

표에서 분명한 바와 같이, 본 발명의 소자는 특히 CO에 대하여 고감도를 나타내고 농도 200ppm에 있어서는 어느것이나 100배 이상의 값을 갖는다. CH4,C3H8에 대하여서도 10-70배로 고감도이다. 또 C2H5OH의 감도는 200℃ 이상에서는 서서히 낮아지고, 420℃ 이상에서는 200ppm의 CH4,C3H8보다도 1000ppm C2H5OH의 쪽이 감도가 낮다.As is clear from the table, the device of the present invention exhibits high sensitivity especially to CO and has a value of 100 times or more at any concentration of 200 ppm. It is also 10-70 times more sensitive to CH 4 and C 3 H 8 . Moreover, the sensitivity of C 2 H 5 OH is gradually lowered at 200 ° C. or higher, and at 420 ° C. or higher, the sensitivity of 1000 ppm C 2 H 5 OH is lower than that of 200 ppm CH 4 , C 3 H 8 .

이상의 설명과 같이, 본 발명의 기체 검출 소자는 낮은 농도의 환원성 기체에 대하여 높은 감도를 나타내고 그 위에 실은-약 120℃의 저온 구역에서는 CO에 대한 감도 특성이 우수하고, 약 350-450℃의 고온 구역에서는 CH4,C3H8가 높은 감도를 나타내며 선택성이 우수하다. 따라서 작동온도를 상기 임의온도로 설정함에 따라 C2H5OH의 존재에 의거한 오동작을 배제하여 각종의 환원성 기체를 검출할 수 있어 유용하다.As described above, the gas detection element of the present invention exhibits high sensitivity to a low concentration of reducing gas, and has excellent sensitivity to CO in a low temperature region of about 120 ° C, and a high temperature of about 350-450 ° C. In the zone, CH 4 , C 3 H 8 has high sensitivity and good selectivity. Therefore, by setting the operating temperature to the above arbitrary temperature, it is useful to eliminate various malfunctions based on the presence of C 2 H 5 OH and to detect various reducing gases.

Claims (1)

한쌍의 전극(2)이 장착된 절연지지체(1)의 표면에 금속산화물 반도체 및 촉매층을 설치한 기체 검출 소자에 있어, 한쌍의 전극(2)이 장착된 절연지지체(1)의 표면에 금속원자를 함유한 유기화합물을 열분해하여 상기 전극을 피복하여 산화 제2주석 박막 또는 니오븀 또는 안티몬을 첨가한 산화제 2주석 박막(3)을 형성한뒤 산화 알루미늄에 팔라듐, 백금, 로듐중 적어도 하나를 담지시켜 생성된 두꺼운 촉매층(4)으로 상기 박막을 피복하여 제조된 것을 특징으로 하는 기체 검출 소자.In the gas detection element in which a metal oxide semiconductor and a catalyst layer are provided on the surface of the insulating support 1 on which the pair of electrodes 2 are mounted, a metal atom is provided on the surface of the insulating support 1 on which the pair of electrodes 2 is mounted. Pyrolysing the organic compound containing the electrode to form the second tin oxide thin film or the tin oxide thin film (3) containing niobium or antimony, and then carrying at least one of palladium, platinum and rhodium on aluminum oxide. A gas detection device characterized in that it is produced by coating the thin film with the resulting thick catalyst layer (4).
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