JPH01257254A - ガス検知素子 - Google Patents
ガス検知素子Info
- Publication number
- JPH01257254A JPH01257254A JP63085891A JP8589188A JPH01257254A JP H01257254 A JPH01257254 A JP H01257254A JP 63085891 A JP63085891 A JP 63085891A JP 8589188 A JP8589188 A JP 8589188A JP H01257254 A JPH01257254 A JP H01257254A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- zno
- gas
- core
- crystal structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、ガス漏れ警報器等に使用されるガス検知素子
にかかり、各種ガスに対して高い感度を有するガス検知
素子に関するものである。
にかかり、各種ガスに対して高い感度を有するガス検知
素子に関するものである。
従来の技術
従来、ガス検知素子としては、白金線の抵抗変化や塩化
パラジウム水溶液の変色などの現象を利用したものが知
られているが、これらは、いずれもガス感度が小さく、
検知方法が簡単でないなどの欠点を有している。また、
ガスクロマトグラフや化学分析法では、精度が高いもの
の分析に即時性がなく装置が大規模かつ高価であるなど
の欠点がある。
パラジウム水溶液の変色などの現象を利用したものが知
られているが、これらは、いずれもガス感度が小さく、
検知方法が簡単でないなどの欠点を有している。また、
ガスクロマトグラフや化学分析法では、精度が高いもの
の分析に即時性がなく装置が大規模かつ高価であるなど
の欠点がある。
発明が解決しようとする課題
一方、比較的安価で検知方法が簡単なものとして、酸化
第二錫（Ｓｎｏｗ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミ
ウム（Ｃｄ Ｏ）のようなｎ型半導体を用いたガス検知
素子が知られている。この種のガス検知素子は、可燃性
ガスを即座にかつ定量的に検出することができるもので
あり、ガス感度の大きいものが得られ′る。そして、こ
れらはガスの吸脱着の応答性を高めるために、常時高温
度に保持されて使用されるように構成されている。しか
し、この種の検知素子においては、抵抗値の経時変化、
すなわち、寿命が充分であるかどうかが課題となってい
る。このことは、前記の金属酸化物半轟体を用いた素子
では、それ単独で使用した場合、充分な感度が得られな
いため、種々の貴金属触媒を添加して素子の活性化をは
かっているため、不安定となり寿命に大きな影響を及ぼ
しているものと思われる。
第二錫（Ｓｎｏｗ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミ
ウム（Ｃｄ Ｏ）のようなｎ型半導体を用いたガス検知
素子が知られている。この種のガス検知素子は、可燃性
ガスを即座にかつ定量的に検出することができるもので
あり、ガス感度の大きいものが得られ′る。そして、こ
れらはガスの吸脱着の応答性を高めるために、常時高温
度に保持されて使用されるように構成されている。しか
し、この種の検知素子においては、抵抗値の経時変化、
すなわち、寿命が充分であるかどうかが課題となってい
る。このことは、前記の金属酸化物半轟体を用いた素子
では、それ単独で使用した場合、充分な感度が得られな
いため、種々の貴金属触媒を添加して素子の活性化をは
かっているため、不安定となり寿命に大きな影響を及ぼ
しているものと思われる。
また、一般式Ｍ Ｚｎａ−ｚｘｏａで示される立方晶
系スピネルを主成分相とする焼結体（ただし、Ｍは３ｎ
、Ｔｉ）が触媒の存在なくして、大きなガス感度（特に
メタンガス）を得ることがすでに開示されている。例え
ば特公昭６１−２９６６０号公報。
系スピネルを主成分相とする焼結体（ただし、Ｍは３ｎ
、Ｔｉ）が触媒の存在なくして、大きなガス感度（特に
メタンガス）を得ることがすでに開示されている。例え
ば特公昭６１−２９６６０号公報。
しかし、以上述べた焼結体を用いたガス検知素子であっ
ても、寿命性能に不安定要因が存在する。
ても、寿命性能に不安定要因が存在する。
これは、充分な寿命安定性を得るためには、より高温で
焼結させ、機密な焼結体とすることが肝心であることは
周知の通りである。しかし、反面、充分なガス感応特性
を得るためには、比表面積を大きくしガスとの接触する
面積を充分に大きくする必要がある。この相反する条件
のため実用化の大きな課題となっている。
焼結させ、機密な焼結体とすることが肝心であることは
周知の通りである。しかし、反面、充分なガス感応特性
を得るためには、比表面積を大きくしガスとの接触する
面積を充分に大きくする必要がある。この相反する条件
のため実用化の大きな課題となっている。
現在、一般家庭のおけるエネルギー源としてのガスの普
及はめざましい。ところが、ガスの持つ危険性は周知の
ように大きい。ガスの危険性を排除し、安全に使用でき
るようにするために、家庭用ガス漏れ警報器の普及が急
がれている。
及はめざましい。ところが、ガスの持つ危険性は周知の
ように大きい。ガスの危険性を排除し、安全に使用でき
るようにするために、家庭用ガス漏れ警報器の普及が急
がれている。
課題を解決するための手段
本発明は、ガス検知素子の主原料に、核部および核部か
ら異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造のＺｎＯ粉を用
いることにより比表面積が大きく経時的に安定な焼結体
を得られるものである。
ら異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造のＺｎＯ粉を用
いることにより比表面積が大きく経時的に安定な焼結体
を得られるものである。
作用
核部および核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構
造を有するＺｎＯ針状粉を用いることにより、ガス感応
特性を得る上で重要な比表面積の大きな感応体が得られ
た。また、焼成温度を高くしても全体的な焼結はあまり
進行せず針状粉の接触部から焼結が起るため、ポーラス
ではあるが構造的に安定な感応体が得られる。以下、本
発明にかかるガス検知素子について実施例に基づいて具
体的に示す。
造を有するＺｎＯ針状粉を用いることにより、ガス感応
特性を得る上で重要な比表面積の大きな感応体が得られ
た。また、焼成温度を高くしても全体的な焼結はあまり
進行せず針状粉の接触部から焼結が起るため、ポーラス
ではあるが構造的に安定な感応体が得られる。以下、本
発明にかかるガス検知素子について実施例に基づいて具
体的に示す。
実施例
（実施例１）
まず、核部および核部から異なる４軸方向に伸びた針状
結晶構造のＺｎＯ粉の作成方法は、純度９９．９９％の
純亜鉛線を、アーク放電方式による溶射法で空気中に溶
射し、その粉末（金属亜鉛粉末）１ ｋｇを回収し、こ
れをイオン交換水５００ｇ中に投入し、乳鉢型撞潰機で
約２０分間攪拌する。次に温度２６℃の水中に７２時間
放置する。この水中放置後、１５０℃で３０分間の乾燥
を行うことにより、粉末表面の水分を除去する。次にこ
の粉末をアルミナ磁器製るつぼ中に入れ、これを１ｏｏ
ｏ℃に保たれた炉内に入れ、１時間の過熱処理を行う。
結晶構造のＺｎＯ粉の作成方法は、純度９９．９９％の
純亜鉛線を、アーク放電方式による溶射法で空気中に溶
射し、その粉末（金属亜鉛粉末）１ ｋｇを回収し、こ
れをイオン交換水５００ｇ中に投入し、乳鉢型撞潰機で
約２０分間攪拌する。次に温度２６℃の水中に７２時間
放置する。この水中放置後、１５０℃で３０分間の乾燥
を行うことにより、粉末表面の水分を除去する。次にこ
の粉末をアルミナ磁器製るつぼ中に入れ、これを１ｏｏ
ｏ℃に保たれた炉内に入れ、１時間の過熱処理を行う。
この結果、上記るつぼ内の下層部には団塊状酸化亜鉛が
生成され、上層部には、みかけ窩比重０．０９の酸化亜
鉛ウィスカーが生成された。生成酸化亜鉛中のウィスカ
ーの割合は８６−１％であった。
生成され、上層部には、みかけ窩比重０．０９の酸化亜
鉛ウィスカーが生成された。生成酸化亜鉛中のウィスカ
ーの割合は８６−１％であった。
上記で得られたＺｎＯウィスカーを電子顕微鏡により観
察したところ、核部および核部から異なる４軸方向に伸
びた結晶構造の針状粉が確認できた。この粉体は核部と
、この核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶部から
なる結晶体が明確に認められる。上記の針状結晶部は、
めのつけ根部分の径が１−１０μｍであり、長さは１０
〜２００μｍである。針状結晶部が３軸あるいは２軸の
ものも認められるが、これらは４軸のものの一部が折Ｙ
員したものと思われる。また、板状晶のものも認められ
た。いずれにしても、上記の方法によると、綾部および
核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造のものが
約８０％を占める。
察したところ、核部および核部から異なる４軸方向に伸
びた結晶構造の針状粉が確認できた。この粉体は核部と
、この核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶部から
なる結晶体が明確に認められる。上記の針状結晶部は、
めのつけ根部分の径が１−１０μｍであり、長さは１０
〜２００μｍである。針状結晶部が３軸あるいは２軸の
ものも認められるが、これらは４軸のものの一部が折Ｙ
員したものと思われる。また、板状晶のものも認められ
た。いずれにしても、上記の方法によると、綾部および
核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造のものが
約８０％を占める。
ＸＮＩＡ解析の結果、すべてのピークが酸化亜鉛を示す
ものであり、転移、格子欠陥の少ない単結晶性を示すも
ｄであった。
ものであり、転移、格子欠陥の少ない単結晶性を示すも
ｄであった。
以上のような核部および核部から異なる４軸方向に伸び
た針状結晶構造のＺｎＯ粉に、有機バインダとしてポリ
ビニルアルコール（ＰＶＡ）を５１％溶かした水溶液を
添加して、造粒、整粒を行い、長さ２鶴、直径２１１の
円筒状にプレス成型を行った。この時の成型圧力は７０
０ ｋｇ ／ ｃｒａで、成型時に太さ１００μｍの白
金線を２本、平行に埋設した。これは、素子の電極とな
るものである。
た針状結晶構造のＺｎＯ粉に、有機バインダとしてポリ
ビニルアルコール（ＰＶＡ）を５１％溶かした水溶液を
添加して、造粒、整粒を行い、長さ２鶴、直径２１１の
円筒状にプレス成型を行った。この時の成型圧力は７０
０ ｋｇ ／ ｃｒａで、成型時に太さ１００μｍの白
金線を２本、平行に埋設した。これは、素子の電極とな
るものである。
このように、一般的な窯業的手段によって作成された素
子を、電気炉にて空気中で１３５０°Ｃの温度で１時間
焼成した。
子を、電気炉にて空気中で１３５０°Ｃの温度で１時間
焼成した。
この焼成温度は、従来のＺｎＯ粉では充分に焼結が進行
し、緻密化する温度であるが、本発明による核部および
核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造のＺｎＯ
粉では、焼結体密度から、約５０％のポロシティ−であ
り、比表面積の大きな素子が得られた。反面、前記の埋
設白金線の引っ張り強度は約２００〜３５０ ｇ ／木
で、焼結性は充分であると思われる。
し、緻密化する温度であるが、本発明による核部および
核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造のＺｎＯ
粉では、焼結体密度から、約５０％のポロシティ−であ
り、比表面積の大きな素子が得られた。反面、前記の埋
設白金線の引っ張り強度は約２００〜３５０ ｇ ／木
で、焼結性は充分であると思われる。
次に、この焼結体を加熱するためのコイル状のヒータを
準備し、第１図に示すように、焼結体をコイル状ヒータ
内に入れて電極部をボンディングした。第１図において
、１は上記焼結体、２．２゜は出力を取り出す白金電極
線、３はニクロム線からなるコイル状ヒータ、４はヒー
タ３を絶縁するためのセメント、５．６．７．８はヒー
タ３および焼結体１のための電気端子である。上記構造
パンケージに従来の素子と同様に防爆ネットをかぶせ、
ガス検知素子とした。
準備し、第１図に示すように、焼結体をコイル状ヒータ
内に入れて電極部をボンディングした。第１図において
、１は上記焼結体、２．２゜は出力を取り出す白金電極
線、３はニクロム線からなるコイル状ヒータ、４はヒー
タ３を絶縁するためのセメント、５．６．７．８はヒー
タ３および焼結体１のための電気端子である。上記構造
パンケージに従来の素子と同様に防爆ネットをかぶせ、
ガス検知素子とした。
ａｌｌｌｌ法は、端子７．８間にオーム計を接続し、ヒ
ータ３を加熱するため端子５．６に、焼結体ｆの温度が
ほぼ４５０℃になるように通電した。この時のヒータ電
力は１．１５Ｗであった。測定対象となる雰囲気が十分
に清浄な空気中であることを確認した後、その時の焼結
体の抵抗値ＲＡを測定した。
ータ３を加熱するため端子５．６に、焼結体ｆの温度が
ほぼ４５０℃になるように通電した。この時のヒータ電
力は１．１５Ｗであった。測定対象となる雰囲気が十分
に清浄な空気中であることを確認した後、その時の焼結
体の抵抗値ＲＡを測定した。
次にイソブタン（ｉ Ｃ＝ Ｈ＋ｏ）を３０００ｐｐ
ｍ含む空気中での抵抗値ＲＭをガス雰囲気中に挿入した
後、３０ｓｅｃ放置して測定した。その結果、上記のテ
トラポット状ＺｎＯを用いた素子では、ＲＡが１５にΩ
、ＲＭが２．５にΩ、感度ＲＡ ／ＲＭは６であり、実
用充分なものである。
ｍ含む空気中での抵抗値ＲＭをガス雰囲気中に挿入した
後、３０ｓｅｃ放置して測定した。その結果、上記のテ
トラポット状ＺｎＯを用いた素子では、ＲＡが１５にΩ
、ＲＭが２．５にΩ、感度ＲＡ ／ＲＭは６であり、実
用充分なものである。
一方、従来の粒状ＺｎＯでは、上記の条件の作成で、貴
金属触媒を用いていないことや、緻密な焼結体となるた
め、感度はほとんど得られなかっ・た。
金属触媒を用いていないことや、緻密な焼結体となるた
め、感度はほとんど得られなかっ・た。
（実施例２）
実施例１に使用したＺｎＯと同じ核部および核部から異
なる４軸方向に伸びた針状結晶構造のＺｎＯ粉に、種々
の量の酸化チタン粉末、および、酸化第二錫を加え、水
を更に加えて充分混合してからそれを乾燥させた。混合
粉を実施例１と同様の窯業的手段法を用いて素子を作製
し、電気炉で空気中において、１３００℃の温度で１時
間焼成した。
なる４軸方向に伸びた針状結晶構造のＺｎＯ粉に、種々
の量の酸化チタン粉末、および、酸化第二錫を加え、水
を更に加えて充分混合してからそれを乾燥させた。混合
粉を実施例１と同様の窯業的手段法を用いて素子を作製
し、電気炉で空気中において、１３００℃の温度で１時
間焼成した。
以上のようにして得られた素子の性能を第１表に示す。
第１表
表において、Ｔｉ０１ 、Ｓｎ０ｗ量のいずれも、Ｘ＝
１．ＯＯ付近で最大感度を有していることがわかる。
１．ＯＯ付近で最大感度を有していることがわかる。
これにより、従来のように触媒を用いなくともガス感応
特性が充分に得られる。また、Ｔｉｅ、、ＳｎＯ，によ
る化合物Ｍｘ Ｚ ｎ ４−！ＸＯ４を用いることでも
経時的に安定なガス検知素子が得られることがわかる。
特性が充分に得られる。また、Ｔｉｅ、、ＳｎＯ，によ
る化合物Ｍｘ Ｚ ｎ ４−！ＸＯ４を用いることでも
経時的に安定なガス検知素子が得られることがわかる。
発明の効果
本発明は、ＺｎＯの出発原料に核部および核部から異な
る４軸方向に伸びた針状結晶構造のＺｎｏウィスカーを
用いることにより、経時的に安定でかつ、ガス感応特性
に富むガス検知素子が得られるものである。すなわち、
核部および核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構
造のＺｎＯ粉はみかけ窩比重が小さいため、接触部分の
焼結のみが進行するため、強度的に充分で、かつ、比表
面積の大きな焼結体が得られ、ガス感応体に適した焼結
体となる。また、本発明のような核部および核部から異
なる４軸方向に伸びた針状結晶構造のＺｎＯ粉を用いる
ことで従来のようにＳａｕｇ、’Ｉ”ｔＯｔ、ＺｎＯ単
独の場合のような触媒を必要とせず充分に大きなガス感
度が得られる。
る４軸方向に伸びた針状結晶構造のＺｎｏウィスカーを
用いることにより、経時的に安定でかつ、ガス感応特性
に富むガス検知素子が得られるものである。すなわち、
核部および核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構
造のＺｎＯ粉はみかけ窩比重が小さいため、接触部分の
焼結のみが進行するため、強度的に充分で、かつ、比表
面積の大きな焼結体が得られ、ガス感応体に適した焼結
体となる。また、本発明のような核部および核部から異
なる４軸方向に伸びた針状結晶構造のＺｎＯ粉を用いる
ことで従来のようにＳａｕｇ、’Ｉ”ｔＯｔ、ＺｎＯ単
独の場合のような触媒を必要とせず充分に大きなガス感
度が得られる。
第１図は、本発明にかかるガス検知素子の構造の一例を
示す構造図である。 ｌ・・・・・・焼結体、２．２°・・・・・・白金電極
線、３・・・・・・ヒータ、４・・・・・・セメント、
５．６．７．８・・・・・・端子。
示す構造図である。 ｌ・・・・・・焼結体、２．２°・・・・・・白金電極
線、３・・・・・・ヒータ、４・・・・・・セメント、
５．６．７．８・・・・・・端子。
Claims (2)
- （１）核部および核部から異なる４軸方向に伸びた針状
結晶構造の酸化亜鉛を主成分とする焼結体をガス感応体
として用いてなることを特徴とするガス検知素子。 - （２）一般式ＭＺｎ＿４＿−＿２＿ｘＯ＿４（ただし、
ＭはＴｉおよびＳｎから選択された少なくとも一種０．
７５≦ｘ≦１．２５）で表される立方晶スピネル相を主
成分相とする焼結体であって、酸化亜鉛の出発原料が核
部および核部から異なる４軸方向に伸びた結晶構造の針
状粉を用いることを特徴とするガス検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63085891A JPH01257254A (ja) | 1988-04-07 | 1988-04-07 | ガス検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63085891A JPH01257254A (ja) | 1988-04-07 | 1988-04-07 | ガス検知素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01257254A true JPH01257254A (ja) | 1989-10-13 |
Family
ID=13871514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63085891A Pending JPH01257254A (ja) | 1988-04-07 | 1988-04-07 | ガス検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01257254A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03293554A (ja) * | 1990-04-11 | 1991-12-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 湿度センサー |
-
1988
- 1988-04-07 JP JP63085891A patent/JPH01257254A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03293554A (ja) * | 1990-04-11 | 1991-12-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 湿度センサー |
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