JPH0447441B2 - - Google Patents

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JPH0447441B2
JPH0447441B2 JP61192239A JP19223986A JPH0447441B2 JP H0447441 B2 JPH0447441 B2 JP H0447441B2 JP 61192239 A JP61192239 A JP 61192239A JP 19223986 A JP19223986 A JP 19223986A JP H0447441 B2 JPH0447441 B2 JP H0447441B2
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JP
Japan
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moisture
humidity
moisture sensitive
zirconium phosphate
hysteresis
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JP61192239A
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Kenki Ishizawa
Hiroshi Kuroshima
Susumu Nakayama
Yoshihiko Sadaoka
Yoshiro Sakai
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Shinagawa Refractories Co Ltd
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Shinagawa Refractories Co Ltd
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Non-Adjustable Resistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水溶性ジルコニウム塩、リン酸及び
Li、Na、K、Rb、又はCsを含む水溶性物質の混
合液相系から得られる結晶性及び/又は無定形リ
ン酸ジルコニウムを600℃以上で熱処理した物質
を主成分とし、雰囲気中の湿度の変化に応じてイ
ンピーダンス値の変化する感湿体の製造方法に関
する。
〔従来の技術〕
従来、雰囲気中の湿度に感応してインピーダン
ス値が変化する感湿体としては、Al2O3
ZrSiO2、MgAl2O4、MgCr2O4等の金属酸化物の
多孔質体、LiCl飽和溶液等の電解質塩、或いはセ
ルロースや疏水ポリマーと親水ポリマーとの共重
合ポリマー等の有機物質系のものがある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで上記感湿体のうち、金属酸化物は、熱
的、化学的安定性に優れ、多孔質焼結体を容易に
得られると言う感湿体としての利点を有している
が、現在のところ実用化及び試作されている金属
酸化物系の感湿体のうち、絶縁性のものは全体的
にインピーダンス値が高く、特に低湿度領域にお
いては108/109ohm以上と高い値を示すため、通
常の検出回路では低湿度領域での湿度測定が難し
い。その解決策として、アルカリ金属塩を添加
し、イオン導電性を持たせてインピーダンス値を
下げる試みがなされている。しかし、その殆どの
感湿体が、水分等の吸着によつて添加したアルカ
リ金属が溶離するなどのことから、経時変化及び
ヒステリシスが認められ、信頼性に欠け、また応
答速度が遅いう欠点がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためのもの
で、全湿度領域、特に定湿度側でのインピーダン
スが低く、そのため湿度測定が容易であり、経時
変化が少なく、ヒステリシスが無く、応答速度も
速い感湿体の製造方法を提供することを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
そのために本発明の感湿体の製造方法は、水溶
性ジルコニウム塩、リン酸及びLi、Na、K、
Rb、又はCsを含む水溶性物質の混合液相系より
得られる結晶性及び/又は無定形リン酸ジルコニ
ウムZr(M1PO42・χH2O(0χ<20)(M1
Li、Na、K、Rb、又はCs)を600℃以上で熱処
理し、得られる焼結体M1ZrP2O8を主成分とする
ことを特徴とする。
〔作用〕
本発明では、水溶性ジルコニウム塩とリン酸の
混合液相中より得られたリン酸ジルコニウムZr
(HPO42・χH2O(0χ<20)のH+イオンを、
イオン交換反応により他の陽イオンに交換するこ
とにより、感湿体原料Zr(M1PO42・χH2O(M1
=Li、Na、K、Rb、又はCs)を得、この感湿体
原料を100〜1000Kg/cm2で圧縮・成形加工した後、
大気中600〜1000℃で熱処理したものの両面に、
例えば対向電極を設けてサンドウイツチ型の感湿
素子を構成する。この素子は、イオン導電性によ
り全湿度領域で低いインピーダンス値を示し、特
に低湿度側でインピーダンス値が低くなり、通常
の検出回路でも容易に湿度測定を行うことが可能
となる。また感湿体原料Zr(M1PO42・χH2Oの
性質により、水分吸着等によるアルカリ金属の溶
離が少なく安定であるため、無定形量の多い感湿
体の中で若干ヒステリシスの認められるものがあ
るものの、殆ど経時変化及びヒステリシスが認め
られず、また応答速度は、結晶性の高い感湿体で
1〜2分以内、無定形量の多い感湿体で2〜3分
以内である。そして無定形の存在量を少なくし、
より結晶性を高めていくことにより、ヒステリシ
ス、経時変化を少なくし、応答速度を速くするこ
とができる。
〔実施例〕
以下、実施例を図面に基づき説明する。
例 1 感湿体原料の出発物質となる結晶性リン酸ジル
コニウム<Zr(HPO42・χH2O>は以下に述べる
2つの調製法で合成する。
1つは直接沈澱法で、ZrOCl2・8H2Oの水溶液
に過剰なHFを加えた後、更に、過剰のH3PO4
加えN2ガスを吹き込むことにより合成する。も
う1つは加熱還流法で、ZrOCl2・8H2O+HClの
水溶液にH3PO4+HClの水溶液を加えて得られた
ゲル状の無定形リン酸ジルコニウムを20℃で数十
時間保つた後、H3PO4及び水で洗浄し、更に
H3PO4と共に数十時間加熱還流することにより
合成する。
次いで、以上の2つの調製法で合成された結晶
性リン酸ジルコニウムを分散させた水溶液に、各
アルカリ金属M(Li、Na、K、Rb、又はCs)の
水酸化物の水溶液をPHが11になるまで加え、全て
のH+をM+に交換し、濾過、洗浄後乾燥して感湿
体原料とする。圧力200Kg/cm2で圧縮成形した後、
厚さ0.6mm、5×5mmの板状に加工し、更に、第
1図に示す熱処理条件に従い感湿体とする。
次に、第2図に示すように、上記の方法により
得られた感湿体1の表面にAuを蒸着して電極2
を構成し、これにリード線3を取り付けてサンド
ウイツチ型感湿素子を構成する。
こうして作製した感湿素子の雰囲気温度30℃、
測定周波数1KHzにおける相対湿度0%、20%、
60%、90%でのインピーダンス値は第1図に示す
ようになる。なお、第1図中、サンプルNo.1、
4、7、10、12は比較例である。
図において、20%RHでは全ての素子が105
106ohmのインピーダンス値を示す。また、0RH
%では、No.2とNo.3を除く全ての素子が4×
107ohm付近のインピーダンス値を示し、No.2の
No.3の場合は約3×106ohmのインピーダンス値
を示す。
上記のような特性により、従来から問題となつ
ている低湿度側の低インピーダンス化を達成で
き、湿度測定は通常の検出回路で可能になる。一
方、高湿度側では90%RHで、No.3を除く全ての
素子が103〜104ohm付近のインピーダンス値を示
し、No.2とNo.3を除く素子では0%RHから90%
RHの間でインピーダンス値は3〜4桁程度変化
する。したがつて、全湿度領域で精度ある測定が
可能となる。また、第1図に示す13個のすべての
素子には増湿、減湿によるヒステリシスは認めら
れなかつた。No.2とNo.3の素子は、0%RHから
90%RHの間でのインピーダンス値の変化は他と
比較して1桁程度小さい。
第3図はNo.13の素子の雰囲気温度30℃、35℃、
40℃、45℃のインピーダンス特性を示す。横軸は
相対湿度、縦軸はインピーダンス値である。0%
RHから50%RH付近までは湿度が増すにつれて
雰囲気温度によるインピーダンス値の差が開く傾
向が認められるが、その差は小さい。この素子を
温度補正回路無しで作動させた場合も、誤差は±
2.5%RH/10℃程度と小さく、温度補正回路を付
けた場合は誤差は±1.5%RH/10℃程度である。
他のNo.1〜12の素子についてもすべて上記のよう
な傾向が認められる。
第4図はNo.13の素子の湿度変化に対する応答特
性を示し、横軸は応答時間、縦軸は出力電圧であ
り、雰囲気温度30℃、測定周波数1KHzにおける
ものである。
相対湿度を10%、30%、60%、90%と増湿して
応答性をみた後、逆に90%、60%、30%、10%と
減湿して応答性を見ると、応答速度は1〜2分以
内であつた。
例 2 感湿体原料の出発物質となる無定形リン酸ジル
コニウムは以下の方法により調製する。
ZrOCl2・8H2Oの水溶液に過剰なH3PO4を加えて
撹拌すると直ちに無定形リン酸ジルコニウムが得
られる。次いで例1と同様な方法で全てのH+
各アルカリ金属イオンM+(Li+、Na+、又はK+
に交換して感湿体原料を得る。圧力100又は200
Kg/cm2で圧縮整形した後、厚さ0.6mm、5×5mm
の板状に加工する。更に第5図に示す熱処理条件
に従つて感湿体を形成し、感湿素子は、例1と同
様に第2図に示すサンドウイツチ型とする。
第5図はこうして作製した感湿素子の雰囲気温
度30℃、測定周波数1KHz、相対湿度0%、20%、
60%、90%でのインピーダンス値及び増湿、減湿
過程間のヒステリシスの有無を示す図である。な
お、第5図中、サンプルNo.14、15、19、20、24、
25は比較例である。
図において、例1の結晶性リン酸ジルコニウム
を出発物質とした時と違い、無定形リン酸ジルコ
ニウムを出発物質とした時は熱処理条件の違いに
よつて得られた感湿体の中にヒステリシスの認め
られるものがある。ヒステリシスの認められない
素子の中で、No.15、16、17は、0%RHから90%
RHの間でインピーダンス値が107ohm付近から
105ohmまで2桁程度変化する。また、No.20、21、
25、26、27の素子は0%RHから90%RHの間で
インピーダンス値が107ohm付近から103ohm付近
まで4桁程度変化し、例1の素子と似た感湿特性
が得られる。応答速度を例1と同様に10%RH←
→30%RH←→60%RH←→90%RHという増湿、
減湿過程で測定したところ、2〜3分以内となり
結晶性リン酸ジルコニウムを出発物質に用いたも
のより1分程度遅い。
例 3 例1、例2に示す方法に従つて調製した結晶性
と無定形のリン酸ジルコニウムを混合して、感湿
体原料の出発物質とする。例1と同様な方法で得
たリン酸ジルコニウム中のH+をすべて各アルカ
リ金属イオンM+に交換して感湿体原料を得る。
その原料より、例1、例2の場合と同様に、第2
図に示すサンドウイツチ型の感湿素子を構成す
る。
得られた素子の感湿特性は、処理温度が100℃
以下では、ヒステリシスが若干認められるが、
1000℃付近の温度で熱処理するとヒステリシスは
まつたく認められず、結晶性のリン酸ジルコニウ
ムのみを出発物質として得た感湿素子と同じ特性
が得られた。応答速度は、600℃以下の温度で熱
処理した素子は3分程度、1000℃付近で処理した
素子は1〜2分以内で例1に示す素子と同等であ
る。
第6図は第1図に示すNo.1〜13に対する応答性
についてのデータを示したものである。
60→90%RH変化に対して最終応答値の90%ま
で変化する応答時間は、第6図のようになり、5
分を境界にした場合、Zr(NaPO42・χH2Oの
1000℃の場合を除き、熱処理温度が600℃とそれ
以上では明確な差が認められる。
第7図は第1図に示すNo.1〜13に対する経時安
定性のデータを示したものである。
実験室内で500日放置したときのインピーダン
ス変化も±5%RHを境界にすると、熱処理温度
が600℃以下とそれ以上では明確な差が認められ
る。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、出発原料にリン酸ジルコニウムZr(MI
PO42・χH2O(0χ<20)(M=Li、Na、K、
Rb、又はCs)を用いることで、そのもののイオ
ン導電性により全湿度領域、特に低湿度側の低イ
ンピーダンス化を達成でき、更に、応答速度が速
く、ヒステリシスが無く、経時変化の小さい安定
した感湿素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による感湿体の一実施例の特性
を示す図、第2図は本発明による感湿体により構
成した感湿素子を示す図、第3図は本発明による
感湿体のインピーダンス特性を示す図、第4図は
本発明による感湿体の応答特性を示す図、第5図
は本発明による感湿体の他の実施例の特性を示す
図、第6図は第1図に示すNo.1〜13に対する応答
性についてのデータを示す図、第7図は第1図に
示すNo.1〜13に対する経時安定性のデータを示す
図である。 1……感湿体、2……電極、3……リード線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 水溶性ジルコニウム塩、リン酸及びLi、Na、
    K、Rb、又はCsを含む水溶性物質の混合液相系
    より得られる結晶性及び/又は無定形リン酸ジル
    コニウムZr(M1PO42・χH2O(0χ<20)(M1
    =Li、Na、K、Rb、又はCs)を600℃以上で熱
    処理することを特徴とする焼結体M1ZrP2O8を主
    成分とした感湿体の製造方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法において、
    感湿体を板状に加工し、その両面に対向して一対
    の電極を設けることを特徴とする感湿体の製造方
    法。
JP61192239A 1986-08-18 1986-08-18 感湿体の製造方法 Granted JPS6347902A (ja)

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GB9200583D0 (en) * 1992-01-13 1992-03-11 Hutton Geoffrey H Improvements in or relating to a moisture sensor
DE102015200217A1 (de) * 2015-01-09 2016-07-14 Robert Bosch Gmbh Sensorvorrichtung und Verfahren zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten sowie Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung

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