PL185461B1

PL185461B1 - Sposób wytwarzania gazoczułej mieszaniny tlenków, przeznaczonej zwłaszcza na rezystancyjne czujniki gazowe

Info

Publication number: PL185461B1
Application number: PL98325658A
Authority: PL
Inventors: Ireneusz Kocemba; Tadeusz Paryjczak; Jacek Rynkowski; Sławomir Szafran
Original assignee: Politechnika Lodzka
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2003-05-30
Also published as: PL325658A1

Abstract

Sposób wytwarzania gazoczułej mieszaniny tlenków, przeznaczonej zwłaszcza na rezystancyjne czujnik gazowe, polegający na wytworzeniu SnO, w wyniku działania na sproszkowaną cynę stężonym kwasem azotowym w podwyższonej temperaturze, a następnie poddania powstałego w tej reakcji osadu myciu do odczynu obojętnego, wysuszeniu w temperaturze 130°C, prażeniu w temperaturze 600°C i zmieszaniu wytworzonego SnO2 z wytworzonym odrębnie tlenkiem pełniącym rolę lepiszcza i środka rozcieńczającego, znamienny tym, że tlenek pełniący rolę lepiszcza i środka rozcieńczającego wytwarza się w wyniku działania na Al2O3 o powierzchni właściwej 120 m2/g, stopniu granulacji < 0,1 mm, z przewagą kapilar o promieniu 2,5 nm, SnCl2 stosowanym w ilości 0,25 g/2 g A12O3 w postaci roztworu wodnego, w trakcie intensywnego mieszania w temperaturze 95°C pod ciśnieniem około 1 mm Hg w czasie 30 minut do odparowania wody, poddania pozostałości kolejno suszeniu w temperaturze 150°C w czasie 2 godzin, redukcji w strumieniu wodoru w temperaturze 400°C w czasie 4 godzin, schłodzeniu w strumieniu wodoru do temperatury pokojowej i działaniu stężonego kwasu azotowego aż do zaprzestania wydzielania się tlenków azotu i zmiany barwy osadu poddanego działaniu kwasu z szarobrązowej na białą, po czym powstały biały osad przemywa się wodą do odczynu obojętnego, suszy w temperaturze 130°C w czasie 2 godzin i praży w temperaturze 600°C w czasie 4 godzin, po czym wytworzony w ten sposób tlenek pełniący rolę lepiszcza i środka rozcieńczającego, w postaci A12O3 z naniesionym na jego powierzchni SnO2, miesza się z wytworzonym odrębnie SnO2 w stosunku wagowym 60% SnO2 i 40% AĘO3 z naniesionym na jego powierzchni SnO2-

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania gazoczułej mieszaniny tlenków, przeznaczonej zwłaszcza na rezystancyjne czujniki gazowe.

Rezystancyjne czujniki gazowe wykonuje się z różnych tlenków półprzewodnikowych, najczęściej z SnO2, w postaci spieków ceramicznych, grubych bądź cienkich warstw tych tlenków naniesionych na niemetaliczne podłoża. SnO2 charakteryżuje się wprawdzie wysoką czułością w stosunku do gazów, tym wyższą im mniejsze są rozmiary krystalitów SnO2, ale tlenek ten ulega łatwo spiekaniu, co powoduje niepożądaną zmianę właściwości wykonanego z niego czujnika.

W celu zapobieżenia niepożądanym zmianom właściwości czujników gazowych, wykonuje się je z mieszaniny SnO2 z Al^, w której Al₂O3 pełniąc rolę lepiszcza i środka rozcieńczającego zapobiega procesowi spiekania krystalitów SnO2. Dodanie A1₂O3 powoduje bowiem, iż krystality SnC^ stykają się ze sobą tylko niewielką częścią powierzchni.

Sposób wytwarzania gazoczułej mieszaniny tlenków, przeznaczonej zwłaszcza na rezystancyjne czujniki gazowe, według wynalazku polega tym, że sproszkowany AlĄ o powierzchni właściwej Ϊ20 m2/g, stopniu granulacji <0,1 mm, z przewagą kapilar o promieniu

2,5 nm, poddaje się działaniu SnCl2 stosowanego w ilości 0,25 g/2 g Al₂O3 w postaci wodnego roztworu, w trakcie intensywnego mieszania w temperaturze 95 °C pod ciśnieniem około Ϊ mm Hg w czasie 30 minut do odparowania wody. Pozostałość, po wysuszeniu w temperaturze Ϊ50^ w czasie 2 godzin, poddaje się redukcji w strumieniu wodoru w temperaturze 400°C w czasie 4 godzin. Produkt redukcji schładza się w strumieniu wodoru do temperatury pokojowej i powstały szarobrązowy osad poddaje się działaniu stężonego kwasu azotowego aż do zmiany barwy osadu na białą i zaprzestania wydzielania się tlenków azotu. Powstały biały osad przemywa się wodą do odczynu obojętnego, suszy w temperaturze E30°C w czasie

185 461 godzin i praży w temperaturze 600°C w czasie 4 godzin. Powstały w ten sposób tlenek pełniący rolę lepiszcza i środka rozcieńczającego, w postaci Al₂O₃ z naniesionym na jego powierzchni SnO₂, miesza się z wytworzonym odrębnie SnO₂ w stosunku wagowym 60% SnO₂i 40 % A1₂O₃ z naniesionym na jego powierzchnię SnO₂.

SnO2 wytwarza się znanym sposobem w wyniku działania na sproszkowaną cynę stężonym kwasem azotowym w podwyższonej temperaturze, a następnie poddania powstałego w tej reakcji osadu myciu do odczynu obojętnego, wysuszeniu w temperaturze 130°C i prażeniu w temperaturze 60o°C.

Czujnik gazowy sporządzony z mieszaniny tlenków otrzymanej sposobem według wynalazku charakteryzuje się dużo wyższą czułością w stosunku do gazów porównaniu z czułością czujników wykonanych z mieszaniny SnO2 z „czystym” A1₂O3, w stosunku do wodoru nawet 2-krotnie wyższą oraz wyraźnie niższą temperaturą pracy. Czujnik ten może być z powodzeniem stosowany do wykrywania obecności gazów redukujących. Z mieszaniny tlenków wytworzonej sposobem według wynalazku można sporządzać czujniki gazowe w dowolnej postaci tj. zarówno w postaci spieków ceramicznych jak i grubych bądź cienkich warstw naniesionych na niemetaliczne podłoża.

Sposób według wynalazku ilustruje poniższy przykład z powołaniem się na rysunek, na którym fig. 1 i 2 przedstawiają charakterystykę czujnika sporządzonego sposobem według wynalazku.

Przykład.

W kolbie okrągłodennej umieszczono 2 g A1₂O3 o powierzchni właściwej 120 m2/g, granulacji <0,1 mm, w którym przeważały kapilary o promieniu 2,5 nm, po czym dodano do niego 0,25 g SnCĘ (cz.d.a. - produkcji Zakładów Polskie Odczynniki Chemiczne w Gliwicach) rozpuszczonego w 30 cm3 wody. Kolbę ogrzewano następnie na łaźni wodnej w temperaturze 95°C pod ciśnieniem około 1 mm Hg w czasie 30 minut, intensywnie mieszając jej zawartość. Po odparowaniu wody, zawartość kolby suszono w temperaturze 150°C w czasie 2 godzin i następnie przeniesiono do rektora, w którym poddano ją redukcji w strumieniu wodoru w temperaturze 400°C w czasie 4 godzin.

Po zakończeniu procesu redukcji zawartość reaktora schłodzono w strumieniu wodoru do temperatury pokojowej, w wyniku czego powstał szarobrązowy proszek. Proszek ten przeniesiono do lejka szota, na którym zalewano go małymi porcjami stężonego kwasu azotowego (cz.d.a.) aż do zaprzestania wydzielania się brunatnych tlenków azotu i powstania osadu o białej barwie. Powstały biały osad przemywano następnie wodą do odczynu obojętnego, po czym suszono w temperaturze 130°C i prażono w porcelanowym tyglu w temperaturze 600°C w czasie 4 godzin.

Otrzymano 2,1 g A1₂O₃ z naniesioną na jego powierzchni warstwą SnO2.

W odrębnym reaktorze przygotowano SnO2 postępując w następujący sposób. Do 2 g sproszkowanej cyny (cz.d.a.) dodano, w trakcie ogrzewania w temperaturze 60°C, stężony kwas azotowy aż do zaprzestania wydzielania się brunatnych tlenków azotu i powstania białego osadu. Powstały osad przemyto wodą do odczynu obojętnego, po czym odsączono, wysuszono w temperaturze 130°C i prażono w porcelanowym tyglu w temperaturze 600°C w czasie 4 godzin.

Następnie zmieszano Al₂O3 z naniesioną na jego powierzchni SnO2 i wytworzony odrębnie SnO2 w stosunku wagowym 40% : 60%. Po dokładnym zmieleniu składników mieszaniny w tyglu agatowym wykonano, metodą spieku ceramicznego czujnik gazowy z warstwą gazoczułąo grubości 0,1 mm i elektrodami z folii palladowej.

W celu sporządzenia charakterystyki wytworzonego czujnika umieszczono go w piecu, przez który przepływało, z prędkością 1 ciĄ suche i czyste powietrze i mierzono opór elektryczny czujnika w powietrzu. Następnie do strumienia przepływającego powietrza wprowadzono wodór i również mierzono opór elektryczny czujnika przy określonym stężeniu wodoru w powietrzu. Czułość czujnika określono jako stosunek oporu elektrycznego czujnika w powietrzu zawierającym wodór (R2) do oporu elektrycznego czujnika w czystym powietrzu (R1). Okazało się, iż optymalną temperaturą pracy czujnika jest 250°C, przy której możliwe jest wykrycie stężenia wodoru równego kilku ppm.

185 461

Na rysunku przedstawiono wykres zmian oporu elektrycznego czujnika w funkcji czasu po wprowadzeniu do strumienia powietrza 15 ppm wodoru (fig. 1) oraz wykres zmian czułości czujnika w funkcji stężenia wodoru w powietrzu, sporządzony w temperaturze 250°C (fig. 2). W podobny sposób przeprowadzono badania czułości czujnika w stosunku do dwutlenku węgla i par alkoholu etylowego, w stosunku do których czujnik również wykazywał wysokie czułości.

185 461

ΖΜ/ΙΉ ??0łnzQ

Stężenie [ppm]

185 461

Czas (min)

Π9.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2.00 zł.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Sposób wytwarzania gazoczułej mieszaniny tlenków, przeznaczonej zwłaszcza na rezystancyjne czujnik gazowe, polegający na wytworzeniu SnO₂ w wyniku działania na sproszkowaną cynę stężonym kwasem azotowym w podwyższonej temperaturze, a następnie poddania powstałego w tej reakcji osadu myciu do odczynu obojętnego, wysuszeniu w temperaturze Ϊ30°Ο, prażeniu w temperaturze 600°C i zmieszaniu wytworzonego SnO₂ z wytworzonym odrębnie tlenkiem pełniącym rolę lepiszcza i środka rozcieńczającego, znamienny tym, że tlenek pełniący rolę lepiszcza i środka rozcieńczającego wytwarza się w wyniku działania na Al₂O₃ o powierzchni właściwej Ϊ20 m²/g, stopniu granulacji < 0,Ϊ mm, z przewagą kapilar o promieniu 2,5 nm, SnCl₂ stosowanym w ilości 0,25 g/2 g Al₂O₃ w postaci roztworu wodnego, w trakcie intensywnego mieszania w temperaturze 95 °C pod ciśnieniem około Ϊ mm Hg w czasie 30 minut do odparowania wody, poddania pozostałości kolejno suszeniu w temperaturze 150°C w czasie 2 godzin, redukcji w strumieniu wodoru w temperaturze 400°C w czasie 4 godzin, schłodzeniu w strumieniu wodoru do temperatury pokojowej i działaniu stężonego kwasu azotowego aż do zaprzestania wydzielania się tlenków azotu i zmiany barwy osadu poddanego działaniu kwasu z szarobrązowej na białą, po czym powstały biały osad przemywa się wodą do odczynu obojętnego, suszy w temperaturze 130°C w czasie 2 godzin i praży w temperaturze 600°C w czasie 4 godzin, po czym wytworzony w ten sposób tlenek pełniący rolę lepiszcza i środka rozcieńczającego, w postaci A1₂O3 z naniesionym na jego powierzchni SnO2, miesza się z wytworzonym odrębnie SnO2 w stosunku wagowym 60% SnO2 i 40% Al₂O3 z naniesionym na jego powierzchni SnO2.