RU2006848C1 - Чувствительный к фтору и фтористому водороду элемент - Google Patents

Чувствительный к фтору и фтористому водороду элемент Download PDF

Info

Publication number
RU2006848C1
RU2006848C1 SU4922434A RU2006848C1 RU 2006848 C1 RU2006848 C1 RU 2006848C1 SU 4922434 A SU4922434 A SU 4922434A RU 2006848 C1 RU2006848 C1 RU 2006848C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluorine
sensitive
thin
hydrogen fluoride
gas
Prior art date
Application number
Other languages
English (en)
Inventor
Э.Я. Алкснис
П.С. Смертенко
Е.Ф. Судакова
Original Assignee
Акционерное общество открытого типа "Научно-производственное объединение "Химавтоматика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество открытого типа "Научно-производственное объединение "Химавтоматика" filed Critical Акционерное общество открытого типа "Научно-производственное объединение "Химавтоматика"
Priority to SU4922434 priority Critical patent/RU2006848C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2006848C1 publication Critical patent/RU2006848C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

Использование: для определения концентраций фтора и фтористого водорода в различных отраслях народного хозяйства, а также в экологии. Сущность изобретения: газочувствительный слой на основе трифторида лантана с добавкой 4 - 8 мол. % дифторида стронция на сапфировый кристалл. Толщина слоя не более 0,7 мкм. Электроды выполнены из платины тонкопленочными, встречно-штыревыми. Нагреватель выполнен из тонкопленочного никеля. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к созданию микродатчиков химических величин и может быть использовано в датчике для определения концентраций фтора и фтористого водорода в различных отраслях народного хозяйства, а также в экологии.
Известен электрохимический чувствительный элемент на F2 и HF с использованием в качестве материала твердого электролита моно- и поликристаллических пористых и плотных объемных структур на основе твердого раствора LaF3-SrF2 [1] . Такой чувствительный элемент на F2 и HF имеет ряд недостатков, поскольку может работать в ограниченном диапазоне концентраций (до 20 ррm) и имеет низкое быстродействие с временем отклика, достигающим минут и еще большим временем релаксации.
Эти недостатки ограничивают применение твердоэлектролитных газовых сенсоров на объемных структурах в системах контроля утечек фтора и фтористого водорода, где требуется высокое быстродействие (секунды) и широкий диапазон измеряемых концентраций (от 0,1 до 1000 ррm).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому чувствительному элементу является выбранный в качестве прототипа тонкопленочный чувствительный элемент для контроля фтора и фтористого водорода [2] , в котором в качестве газочувствительного слоя использован трифторид лантана и LaF3, легированный дифторидом кальция (до 12 мас. % ). Химический сенсор представляет сапфировый кристалл, на одну сторону которого нанесен платиновый нагреватель, а на другую - планарная структура из тонкопленочного газочувствительного слоя и двух толстопленочных контактов к нему.
Пороговая чувствительность датчиков по ионам фтора Ippm, быстродействие 30 с, рабочая температура при использовании тонкопленочного трифторида лантана и трифторида лантана, легированного дифторидом кальция, составляла 600оС и 450-500оС соответственно. Недостатком данного решения, ограничивающим его применение, является высокая рабочая температура чувствительного элемента, а значит, большое энергопотребление и низкая чувствительность по ионам фтора.
Целью изобретения является снижение рабочей температуры чувствительного элемента, повышение быстродействия и чувствительности к фтору и фтористому водороду.
Цель достигается тем, что в чувствительном элементе, представляющем сапфировый кристалл, на одну сторону которого нанесен нагреватель, а на другую - планарная структура из тонкопленочного газочувствительного слоя твердого электролита на основе LaF3 и двух электродов к нему, газочувствительный слой легирован дифторидом стронция с концентрацией от 4 до 8 мол. % , платиновые электроды к нему выполнены тонкопленочными, встречно-штыревыми.
Толщина газочувствительного слоя составляет не более 0,7 мкм.
Для удешевления чувствительного элемента нагреватель может быть выполнен из тонкопленочного никеля.
Изобретение поясняется чертежом.
Чувствительный элемент содержит диэлектрическую подложку из лейкосапфира (кристалла) 1, на поверхность которой осажден тонкопленочный газочувствительный слой 2 из твердоэлектролитного материала. В качестве твердого электролита использован трифторид лантана, легированный двухвалентным стронцием, а электроды 3 к нему встречно-штыревого типа выполнены из платины. На обратной стороне сапфирового кристалла 1 изготовлен тонкопленочный нагревательный элемент 4, который может быть выполнен из никеля. Осаждение слоев чувствительного элемента осуществлялось методом вакуумного напыления, а формирование топологии - фотолитографическим способом.
Чувствительный элемент работает следующим образом.
При появлении в анализируемой среде фтора или фтористого водорода начинается их разложение на поверхности чувствительного элемента, что приводит к появлению в твердом электролите 2 фтор-ионов, которые под действием приложенного напряжения к электродам 3 смещаются к положительному электроду. Во внешней цепи появляется электрический ток, величина которого является мерой концентрации фтора или фтористого водорода.
При максимальной чувствительности и быстродействии из-за введения легирующих добавок имеет место высокая фтор-ионная проводимость по вакансионному механизму и снижена рабочая температура чувствительного элемента. В трифторид лантана введен дифторид стронция в концентрации 4. . . 8 мол. % , что резко снизило температуру плавления подрешетки фтора до температуры 80. . . 120оС, которая обеспечивает стабильную и оптимальную, с точки зрения газочувствительных свойств, работу элемента.
Конструкция электродов 3 встречно-штыревого типа позволила обеспечить работу чувствительного элемента при невысоком напряжении (< 1 В) и повысить чувствительность к фтору и фтористому водороду.
Платина является устойчивым материалом электродов 3 к слою 2 твердого электролита с фтор-ионной проводимостью и в сочетании с низкотемпературным режимом работы приводит к длительному сроку жизни чувствительного элемента.
Ограничение максимальной толщины слоя твердого электролита 0,7 мкм обусловлено ухудшением динамических характеристик чувствительного элемента.
Экспериментальные исследования газочувствительных характеристик заявляемого чувствительного элемента по сравнению с прототипом показали следующие преимущества: высокая чувствительность и широкий диапазон определяемых концентраций фтора и фтористого водорода от 0,1 до 1000 ррm, что позволяет использовать чувствительный элемент как для контроля рабочих зон, так и для обнаружения утечек и контроля выбросов; низкая рабочая температура чувствительного элемента (80. . . 120оС), что снижает энергопотребление прибора с автономным источником питания; высокое быстродействие с временем выхода на установившееся значение выходного сигнала лучше 10 с и временем релаксации до 1 мин. Этот параметр прибора является особенно важным при использовании в системах техники безопасности для контроля утечек и аварийных ситуаций. (56) 1. "Химические сенсоры-89". Всесоюзная конференция 20-24 ноября, 1989, Ленинград, Тезисы докладов, т, II, с. 144.
2. "Химические сенсоры-89". Всесоюзная конференция 20-24 ноября, 1989, Ленинград. Тезисы докладов, т. II, с. 186.

Claims (3)

1. ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ К ФТОРУ И ФТОРИСТОМУ ВОДОРОДУ элемент, представляющий сапфировый кристалл, на одну сторону которого нанесен нагреватель, а на другую - планарная структура из тонкопленочного газочувствительного слоя твердого электролита на основе трифторида лантана и двух электродов к нему, отличающийся тем, что, с целью снижения рабочей температуры чувствительного элемента, повышения быстродействия и чувствительности к фтору и фтористому водороду, газочувствительный слой легирован дифторидом стронция концентрацией 4 - 8 мол. % , платиновые электроды к нему выполнены тонкопленочными, встречно-штыревыми.
2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что толщина газочувствительного слоя не более 0,7 мкм.
3. Элемент по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что с целью удешевления чувствительного элемента, нагреватель выполнен из тонкопленочного никеля.
SU4922434 1991-03-29 1991-03-29 Чувствительный к фтору и фтористому водороду элемент RU2006848C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4922434 RU2006848C1 (ru) 1991-03-29 1991-03-29 Чувствительный к фтору и фтористому водороду элемент

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4922434 RU2006848C1 (ru) 1991-03-29 1991-03-29 Чувствительный к фтору и фтористому водороду элемент

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2006848C1 true RU2006848C1 (ru) 1994-01-30

Family

ID=21566930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4922434 RU2006848C1 (ru) 1991-03-29 1991-03-29 Чувствительный к фтору и фтористому водороду элемент

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2006848C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599513C1 (ru) * 2015-03-27 2016-10-10 Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский химико-аналитический институт" (АО "ГосНИИхиманалит") Индикаторная краска для обнаружения фтористого водорода и его водных растворов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599513C1 (ru) * 2015-03-27 2016-10-10 Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский химико-аналитический институт" (АО "ГосНИИхиманалит") Индикаторная краска для обнаружения фтористого водорода и его водных растворов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yamazoe et al. Environmental gas sensing
Can et al. Detection of carbon monoxide by using zirconia oxygen sensor
US5554269A (en) Nox sensor using electrochemical reactions and differential pulse voltammetry (DPV)
US5145566A (en) Method for determining relative amount of oxygen containing gas in a gas mixture
US5643429A (en) Electrochemical cells and methods using perovskites
US4547281A (en) Gas analysis apparatus
JP2968805B2 (ja) ガス混合物中含酸素ガスの相対量の測定方法及び測定デバイス
US6638416B2 (en) Hydrogen sensing process
JP3133071B2 (ja) ポーラログラフ型センサ
KR950014742B1 (ko) 엔진배기가스의 공연비 검출장치
US5942674A (en) Method for detecting oxygen partial pressure using a phase-transformation sensor
RU2006848C1 (ru) Чувствительный к фтору и фтористому водороду элемент
US5783153A (en) Metal oxide oxygen sensors based on phase transformation
Choi et al. SO2 sensing characteristics of Nasicon electrolytes
JPS64659B2 (ru)
Liaw et al. Low temperature limiting-current oxygen sensors using tetragonal zirconia as solid electrolytes
Kudo et al. NOx sensor using YBa2Cu3O7− δ thin films
US4186071A (en) Process for producing oxygen gas sensor elements
Asada et al. Limiting current type of oxygen sensor with high performance
JP2004205357A (ja) ガス濃度の検出方法
Greenblatt et al. Humidity sensor with sintered β-Ca (PO3) 2 for high temperature use
JP2948124B2 (ja) 酸素センサー
US5876673A (en) High sensitivity phase transformation-based oxygen sensors for proportional control
RU2797767C1 (ru) Датчик микропримесей аммиака
Paściak et al. Thick film NO2 sensor