JPH0473544B2 - - Google Patents

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JPH0473544B2
JPH0473544B2 JP60065781A JP6578185A JPH0473544B2 JP H0473544 B2 JPH0473544 B2 JP H0473544B2 JP 60065781 A JP60065781 A JP 60065781A JP 6578185 A JP6578185 A JP 6578185A JP H0473544 B2 JPH0473544 B2 JP H0473544B2
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid

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  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] この発明は水素ガス検出素子及びその製法に関
する。 [従来技術] 金属酸化物を使用した水素ガス検出素子とし
て、感ガス素子上に水素分子選択透過性膜例えば
燃焼非活性の薄膜を形成してなる水素選択性セン
サが知られている。このようなセンサでは、水素
ガスは薄膜のフイルタを透過しなければならず、
金属酸化物に吸着するまでに時間を要し、応答が
遅れる。また、このセンサはガス検出を比較的高
温で行なうため、金属酸化物中にPdなどの触媒
を含む素子では触媒が早く劣化し機能を失う。 [発明が解決しようとする問題点] 従つて、より低温度および/またはより応答時
間の短い水素検出素子の出現が要望される。 [問題点を解決するための手段] 従来、諸種の装置から排出される排ガス中の一
酸化炭素ガスを選択的に検出するための一酸化炭
素ガス検出装置及びその製法は例えば特開昭59−
119249号公報から既知である。この特開昭公報記
載の方法では酸化第2スズと酸化第2スズに対し
て2〜10モル%の白金含有塩化白金酸水溶液との
混合物を凍結乾燥したものに酸化第2スズに対し
て2〜8モル%のオキシ塩化アンチモンを添加し
た混合物を有機溶剤に添加してペーストとし、こ
のペーストを電極付き絶縁体に塗布して空気中で
焼成することによつて、素子を加熱することなく
室温で一酸化炭素を検出できる一酸化炭素ガス検
出装置を製造している。 ところが、この一酸化炭素ガス検出素子を希薄
なシラン系ガス含有雰囲気中で処理すると、水素
を選択的に300℃台の温度で高いSN比で検知でき
る素子が得られることが判明した。しかしこの素
子の場合には水素に対する応答時間は200℃〜400
℃の素子動作温度で100〜150秒であつたが、この
素子に塩化パラジウムをも添加することにより、
水素ガスの選択性が高く、且つ応答時間が50秒以
内に短縮できる素子が得られることが判明した。 従つて、この発明はPd/Sn=0.1〜8モル%、
Pt/Sn‐0.5〜8モル%、Sb/Sn比が0〜8モル
%の金属Pdおよび金属Ptまたは金属Pdと金属Pt
およびSb酸化物がSnO2上に分散してなる素子を
500〜5000ppmのシラン系ガス雰囲気中で処理し
て該素子上にSi酸化物を分散させてなる水素ガス
検出素子に関するものである。 さらに、この発明は塩化パラジウム(PdCl2
水溶液を造り、また、塩化白金酸(H2PtCl6)水
溶液を造り、酸化第2スズにPd/Snが0.1〜8モ
ル%、Pt/Snが0.5〜8モル%となる量の前記塩
化パラジウム水溶液および塩化白金酸水溶液を任
意の順序で添加し、得られた混合液中のSnO2
好適には超音波で良く分散させた後、乾燥し、乾
燥物にSb/Sn比が0〜8モル%となる量の
SbOClを添加し乳鉢等で充分よく混合、例えば約
30分程度混合した後、これを有機溶剤例えばイソ
プロピルアルコール中のペーストとなして電極を
備えたアルミナ磁器管に塗布し乾燥し、表面に
SnO2とPdCl2およびH2PtCl6またはSnO2
PdCl2、H2PtCl6およびSbOCl含有層を備えてな
る素子を大気雰囲気中またはアンチモン酸化ガス
雰囲気中で600℃〜850℃で焼成して金属Pdおよ
び金属Ptまたは金属Pd、金属PtおよびSb酸化物
をSnO2上に析出させ、焼成した素子にヒータを
取付け、ヒータで300℃±50℃に加熱して所定時
間空気中でエージングし、得られた素子を300〜
350℃に加熱してシラン系ガスの濃度が500〜
5000ppmの雰囲気中で処理して素子上にさらに
SiO2を分散させることから成る、水素ガス検出
素子の製法にも関する。 [作用] PdCl2は水には溶解しにくいから、PdCl2水溶
液を造るには0.2%の塩酸を使用する。塩酸濃度
は単にPdCl2を溶解させる濃度であればよい。塩
化白金酸は純水に溶解する。Pd/SnまたはPt/
Snの量がそれぞれ0.1モル%未満または0.5モル%
未満、あるいはPd/SnまたはPt/Snの量がそれ
ぞれ8モル%より多いと水素検出能が低下するの
で好ましくない。こうして得られたPdCl2
PtCl6混合液中のSnO2を超音波等により良く分散
させた後、真空凍結乾燥器で−40℃以下で急速凍
結乾燥することにより製品の歩留りが向上する。
真空凍結急速乾燥しなくても素子を製造できる。
この場合は製品の歩留りが低下する。乾燥物とオ
キシ塩化アンチモンとの混合物をペーストとする
ための有機溶剤はイソプロピルアルコールの他に
β−ターピネオール25重量%、ブチルカルビトー
ルアセテート72重量%、エチルセルロース3重量
%の混合溶剤などの有機溶剤を使用でき、ペース
トを塗布するペーストとしては磁器管の他に焼成
に耐えうる管または板状の絶縁体を用いてもよ
い。ペーストの乾燥は数分程度の自然乾燥でも、
恒温槽などで行つてもよい。 アンチモン酸化ガス雰囲気はSbOClまたは
Sb2O30.5〜7.5mg、Sb2O3モル数に換算して2×
10-9〜3×10-8モル/cm3を600〜850℃で5〜30分
程度焼成して作成する。SbOClを7.5mgより多く
使用するとPdおよびPtで被覆されてPdおよびPt
の活性が低下する。大気またはアンチモン酸化ガ
スの雰囲気中での素子の焼成は600〜850℃の温度
で5〜60分間焼成する。600℃未満の温度および
5分未満の時間ではアンチモンをドープできな
い。850℃を超える温度ではPdおよびPtの活性が
低くなり水素を選択的に検出できない。 素子のエージングは素子に取付けたヒータで素
子300±50℃に加熱して空気雰囲気中で12時間以
上加熱することにより行ない、それによつて半導
体層を安定化する。素子のシラン系ガス含有空気
雰囲気中での処理は500〜5000ppmの濃度のジク
ロルシラン(SiH2Cl2)ガス含有空気雰囲気中ま
たはモノシラン(SiH4)ガス含有空気雰囲気中
で素子をヒータにより300〜350℃に5〜45分間加
熱することにより行なう。このシラン系ガス濃度
及び処理時間範囲外では水素検出の感度が低下す
る。さらに素子を300±50℃に空気中で12時間以
上加熱することによつて製品とする。シラン系ガ
ス含有空気雰囲気での処理及びその後の空気中で
の加熱処理を同じ手順で再処理することにより水
素ガスに対する選択性をより高めることができ
る。 この発明では素子を僅少量のシラン系ガスで処
理することにより素子の表面上にSiが分散され
る。また、後記する実施例から明らかなように動
作温度は300℃台で、応答速度は50秒以内である。 以下に実施例を掲げてこの発明を一層詳細に説
明する。以下、特記しない限り実施例を単に例と
記載する。 例1〜例13 第1表に示す量のPdCl2−0.2%塩酸溶液および
純水中H2PtCl6の水溶液をSnO2に順次に添加し、
この混合液中のSnO2を超音波でよく分散させ、
この分散液を−40℃で急速凍結乾燥させた後、真
空凍結乾燥器にセツトして乾燥させる。次にこの
乾燥物にSbOClを表示のSb/Snモル%となる量
を混合して乳鉢で約30分間混合し、この混合物に
イソプロピルアルコールを加えてペースト状とし
たものを電極が取付けられたアルミナ磁器管に塗
布して自然乾燥させる。次にこの素子を2.5mgの
SbOClを焼成して作成したアンチモン酸化ガス雰
囲気の石英管中で700℃で15分間焼成した。焼成
した素子にヒータを取付けた後、このヒータに通
電して300℃に素子を加熱し、そのまま空気中で
12時間エージングし、次いで素子を;例1(比較
例)以外は325℃に加熱してジクロルシラン
100ppm含有空気雰囲気中で10分間1回処理し、
その後300℃に加熱したまま空気中で12時間エー
ジングした。得られた素子を325℃±10℃の温度
で各供試ガス濃度100ppm(常温)含有空気中で測
定したときの電気抵抗値(kΩ)およびSN比
(清浄空気中での素子の抵抗値/供試ガス中での
素子の抵抗値)および応答時間(秒)を第1表に
示す。表中、例1はシラン処理しないときの素子
を示す比較例で、例2ないし例13は実施例であ
る。各例2〜例13とも応答時間は30秒以内で、例
2はPdおよびPtの添加量が下限であることを示
し、例13はPd、Pt、Sbの添加量が上限であるこ
とを示す。第1表に示すデータは各例ごとに造つ
たサンプル8個全部のデータの平均値である。 なお、例6のグループのうち1つの素子の各試
料ガスに対する応答特性を第1図に示す。
【表】
【表】 例 14 SiH2Cl2での処理を第1回目に1000ppmで10分
間行ない、第2回目に1000ppmで10分間行なつた
以外は例2〜例13と同様に操作した。後記第2表
に得られた素子の性能を例1および例3の素子と
対比して示す。第2表において、例3に比べ例4
では水素ガスのSN比が大巾に向上としているの
に対し、他のガスのSN比は低下しており、水素
選択性が顕著に向上したことを示す。測定時の素
子温度は325℃±10℃である。 例 15 例15はオキシ塩化アンチモンを添加せず、また
オキシ塩化アンチモン酸化雰囲気中での処理をし
ない以外は例2〜例13と同様に操作した素子の製
造例を示す。例15の素子の応答時間は37秒と例2
〜例13の素子よりやや遅いが、なおPt単独添加
の場合より遥かに迅速であり、また、水素選択性
も良好である。例14および例15の素子の製造条件
および性能を第2表に示す。
【表】 なお、例4のグループの素子についてSiの分散
量を計算したところ0.5重量%と推定される。 また、例14のグループのうち1つの素子につい
て素子表面のPtとPdとSiの分散状態について、
エレクトロン・プローブ・マイクロアナライザー
によつて3000倍で測定した。その結果、SnO2
にPtとPdが分散され(PtはSnに対し0.5モル%と
微量であるため分散は僅かであつた)ており、Si
はPdとPtの分散状態とほとんど対応するような
形で分散されていることが確認された。従つて、
Siのかなりの部分は第2図のモデル図に示すよう
にPdとPtの表面に分散されているものと推測さ
れる。この結果、水素以外のガスと素子表面との
電子の授受が非常に行なわれ難くなつてSN比が
低下し、逆に水素ガスは素子表面への吸着ならび
に電子の授受がスムーズに行なわれるのでSN比
が向上しかつ応答が早いものと思考される。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による水素ガス検知素子の1
実施例の応答特性図、第2図はSiの分散状態を示
すモデル図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 原料化合物比でPd/Sn=0.1〜8モル%、
    Pt/Sn=0.5〜8モル%、Sb/Sn=0〜8モル%
    の量の金属Ptおよび金属Pdまたは金属Pt、金属
    Pd及びSb酸化物がSnO2上に分散してなる素子を
    500〜5000ppmのシラン系ガス雰囲気中で処理し
    てなる該素子上にさらにSi酸化物を分散させてな
    る水素ガス検出素子。 2 塩化パラジウム(PdCl2)水溶液と塩化白金
    酸(H2PtCl6)水溶液とをそれぞれ造り、酸化第
    2スズ(SnO2)にPd/Snが0.1〜8モル%、
    Pt/Snが0.5〜8モル%となる量の前記塩化パラ
    ジウム水溶液および塩化白金酸水溶液を任意の順
    序で添加し、得られた混合液中のSnO2を良く分
    散させた後乾燥し、乾燥物にSb/Snが0〜8モ
    ル%となる量のオキシ塩化アンチモン(SbOCl)
    を添加混合した後、これを有機溶媒中のペースト
    となして電極を備えたアルミナ磁器管に塗布して
    乾燥し、表面にSnO2とPdCl2とH2PtCl6または
    SnO2とPdCl2とH2PtCl6およびSbOCl含有層を備
    えてなる素子を大気雰囲気中またはアンチモン酸
    化ガス雰囲気中で焼成してSnO2上に金属Pdと金
    属Ptまたは金属Pdと金属PtおよびSb酸化物とを
    析出させ、焼成した素子にヒータを取付け、ヒー
    タで300℃±50℃に加熱して所定時間空気中でエ
    ージングし、得られた素子を300〜350℃に加熱し
    てシラン系ガスの濃度が500〜5000ppmの雰囲気
    中で処理して素子上にさらにSi酸化物を分散させ
    ることから成る、水素ガス検出素子の製法。 3 SnO2を良く分散させた後の乾燥は急速凍結
    乾燥である特許請求の範囲第2項記載の水素ガス
    検出素子の製法。
JP6578185A 1985-03-29 1985-03-29 水素ガス検出素子及びその製法 Granted JPS61223643A (ja)

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JPS61223643A (ja) 1986-10-04

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