JPH058984B2 - - Google Patents

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JPH058984B2
JPH058984B2 JP21911985A JP21911985A JPH058984B2 JP H058984 B2 JPH058984 B2 JP H058984B2 JP 21911985 A JP21911985 A JP 21911985A JP 21911985 A JP21911985 A JP 21911985A JP H058984 B2 JPH058984 B2 JP H058984B2
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JP
Japan
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stannic oxide
stannic
antimony
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gas detection
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JP21911985A
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Yoshiaki Okayama
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Nohmi Bosai Ltd
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Nohmi Bosai Ltd
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕 この発明は、可燃性ガスを検出するガス検出素
子に関するものである。 〔従来技術〕 可燃性ガスを検出するガス検出素子として、酸
化第2スズ(SnO2)を主材とし、パラジウム
(Pd)を触媒として含有する金属酸化物半導体を
用いたガス検出素子(以後、SnO2−Pd系素子と
いう)がある。 このSnO2−Pd系素子の各種ガス(空気中濃度
100ppm)に対するSN比の1例は、後掲の表2に
実験例21で示す通りである。この実験例21の
SnO2−Pd系素子は、後述の実施例で説明される
製造方法に準じて、後掲の表1に示す組成比で製
作したものである。 ところで、可燃性ガスを検出するガス検出素子
としては、誤報をなくして可燃性ガスを確実に検
出するためにはSN比が高いことが望ましい。 〔目的と解決手段〕 この発明は、前記SnO2−Pd系のガス検出素子
の可燃性ガスに対するSN比をより高いものに改
良することを目的とするものである。 この第1の発明のガス検出素子は、酸化第2ス
ズを主材、パラジウムを触媒として含有する金属
酸化物半導体をガス感応体とするガス検出素子に
おいて、主材である酸化第2スズとして、酸化第
2スズを焼成して得た活性化酸化第2スズを用い
たことを特徴とするものである。 また、第3の発明のガス検出素子は、主材であ
る酸化第2スズとして、酸化第2スズに塩化第2
スズをSnCl4/SnO2=20モル%以下添加し焼成し
て得た活性化酸化第2スズを用いたことを特徴と
するものである。 また、第2の発明と第4の発明は、次の工程を
特徴とするものである。 第2の発明では、酸化第2スズ(SnO2)を
焼成し活性化酸化第2スズを作成する。 また、第4の発明では、酸化第2スズ
(SnO2)に塩化第2スズ(SnCl4)を添加して
焼成し活性化酸化第2スズを作成する。 活性化酸化第2スズ(SnO2)に塩化パラジ
ウム(PdCl2)溶液をPd/Sn=0.1〜8モル%
となるように加えて分散し、乾燥する。 の試料にアンチモン(Sd)化合物をSd/
Sn=0.5〜8モル%となるように加えて混合す
る。 の試料に有機溶剤を加えてペースト状に
し、これを1対の電極を有する絶縁体に塗布
し、乾燥させる。 の素子を、600〜850℃の大気またはアンチ
モン酸化ガスの雰囲気中で5〜30分間焼成す
る。 〔作用〕 主材として、SnO2を焼成して得た活性化SnO2
を用いることにより、または、SnCl4をSnCl4/
SnO2=20モル%以下となるように添加したSnO2
を焼成して得た活性化SnO2を用いることにより、
ガス検出素子の可燃性ガスに対するSN比を向上
させる、特にアルコール系ガスならびに一酸化炭
素ガスに対するSN比を向上させることができる。
また、SnO2にSnCl4を添加し焼成して得た活性化
SnO2を主材とした場合には、SN比がより向上す
る傾向にある。 これは、SnO2を焼成したことによつてSnO2の
活性度が高められ、また、SnCl4が添加されたも
のでは、焼成により、活性度が高められたSnO2
の表面にSnCl4より生成された活性度のより高い
SnO2微粒子が付着したことによる作用と推定さ
れる。 〔実施例〕 以下、この発生のガス検出素子とその製造方法
について実験例により説明する。 実験例1〜10のガス検出素子を次の製造方法に
より製作した。各実験例でのガス検出素子の製作
個数は8個ずつである。 実験例1のガス検出素子の場合は、市場に流通
している粉末の酸化第2スズ(SnO2)を、塩化
第2スズ(SnCl4)を加えることなく、電気炉に
入れ、800℃の所定温度まで昇温させ、所定温度
で30分間焼成(以後、この焼成を仮焼成という)
する。 一方、実験例2〜10のガス検出素子の場合は、
塩化第2スズ(SnCl4)に純水を加え、SnCl4溶
液を作成する。 次に、酸化第2スズ(SnO2)にSnCl4溶液を、
SnCl4/SnO2=10モル%以下となるように添加
し、混合する。なお、SnO2は、金属スズ(Sn)
を硝酸(HNO3)で溶かし、これを焼成した、市
場に流通している粉末のSnO2である。 この混合溶液を電気炉に入れ、600〜900℃の所
定温度まで昇温させ、所定温度で30分間仮焼成す
る。 そして、上記のそれぞれ仮焼成して得られた焼
成物を乳鉢に入れて粉砕し、活性化SnO2を得る。 次に、この活性化SnO2に塩化パラジウム
(PdCl2)溶液を、Pd/Sn=0.1〜8モル%となる
ように加えて混合水溶液を作成する。なお、
PdCl2溶液は、PdCl2に例えば0.2%の塩化水溶液
を加えて作成する。 次に、この混合水溶液を超音波かくはん機によ
つてかくはんし、Pdを良く分散させる。その後、
この分散混合水溶液を真空凍結乾燥器にセツト
し、−40℃以下で急速凍結乾燥させて乾燥試料を
作成する。 そして、この乾燥試料にアンチモン(Sd)化
合物としてオキシ塩化アンチモン(SdOCl)を、
Sd/Sn=0.5〜8モル%となるように加え、乳鉢
で約30分間混合試料を作成する。 なお、実験例1〜10におけるSnCl4/SnO2と仮
焼成温度、ならびにPd/Sn、Sd/Snは後掲の表
1に示す通りである。 この混合試料に有機溶剤であるイソプロピルア
ルコールを加えてペースト状とし、このペースト
状の混合試料を1対の電極を有する絶縁体である
アルミナ磁器管上に1対の電極間を覆うように塗
布し、その後自然乾燥する。 次に、この自然乾燥した素子を700℃にセツト
したアンチモン(Sd)酸化ガス雰囲気の石英管
中で10分間焼成する。なお、Sd酸化ガス雰囲気
は、表1の焼成雰囲記に示すとおり、2.5mgの
SdOClをアルミナボートに載置し、これを700℃
にセツトされた石英管(内径4cm、電気炉挿入部
50cm)中に30分間入れて蒸発させて作成したもの
である。 そして、焼成後の素子にヒータを取り付け、こ
のヒータに通電して素子を300±50℃に加熱して
大気中に8時間のエージングを行い、各実験例毎
に8個ずつの素子を完成する。 なお、実験例21は前述のSnO2を仮焼成するこ
となくそのまま用い、これにPdCl2を表1に示す
組成比で加え、上記製造方法で製作した比較用の
ガス検出素子である。 このようにして製作した実験例1〜10ならびに
実験例21の各8個ずつのガス検出素子について、
素子温度が320±10℃となるようにヒータに通電
して加熱し、大気中での抵抗値Roを測定し、各
実験例毎にその平均値を求めたところ、表1に示
す結果が得られた。
【表】
【表】 次に、実験例1〜10ならびに21の各素子を、ヒ
ータにより320±10℃に加熱し、それぞれ空気中
に100ppmの濃度の水素(H2)、メタン(CH)、
エチレン(C2H4)、エタン(C2H6)、イソブタン
(iC4H10)、アンモニア(NH3)、一酸化炭素
(CO)、イソプロピルアルコール(iPA)、エチル
アルコール(EtOH)を各別に含む各供試ガス雰
囲気中に順次にさらし、各供試ガス中での抵抗値
Rgを測定した。この測定結果から、各実験例毎
に各供試ガスに対するSN比、つまりRo/Rgに
ついて8個の素子の平均値を求めたところ、表2
に示す結果が得られた。
【表】 表2より、実験例1〜5は実験例21に比べ、
C2H4、NH3、iPAならびにEtOHに対するSN比
が向上しており、特にiPAとEtOHのアルコール
系ガスに対するSN比は2倍以上に向上している。 また、実験例2〜5は実験例1に比べ、アルコ
ール系ガスに対するSN比がより向上している。 このことから、主材のSnO2として活性化SnO2
を使用すると、C2H4、NH3やアルコール系ガス
に対するSN比が向上し、特にアルコール系ガス
に対する向上に大きな効果があることがわかる。
また、SnCl4を添加して作成した活性化SnO2を主
材として用いた場合には、アルコール系ガスに対
するSN比をより向上させる作用があることがわ
かる。 活性化SnO2を作成する際の仮焼成温度を上下
限まで変化させた実験例6〜8、ならびにPd/
Snを上下限とした実験例9、10についても、実
験例21と比べ、SN比は同等あるいは高くなる傾
向であり、特にアルコール系ガスに対するSN比
は大きく向上する傾向にある。 なお、第1図に実験例3のうちの1つの素子の
供試ガスに対する応答特性を示す。また、第2図
に実施例1〜5のSnCl4/SnO2に対するSN比の
関係を示す。 次に、実験例9、10の素子を、ヒータで加熱せ
ず、室温状態のままで、100ppmのH2、C2H4、
CoとiPAを各別に含む供試ガス雰囲気中に順次
にさらし、各ガスに対するSN比を求めた。8個
ずつの素子のSN比の平均値は表3に示す結果が
得られた。
〔効果〕
この発明によれば、ガス感応対である金属酸化
物半導体の主材として、SnO2を仮焼成して得た
活性化SnO2を用いたことにより、また、SnO2に
SnCl4を20モル%以下添加して仮焼成して得た活
性化SnO2を用いたことにより、可燃性ガスに対
するSN比を向上させた、特に高温に加熱して用
いた場合にはアルコール系ガスにたいして、また
低温で用いた場合にはCOガスに対して高いSN比
を有するSnO2−Pb系ガス検出素子とその製造方
法が得られる効果がある。 また、主材として、SnO2にSnCl4を添加し仮焼
成して得た活性化SnO2を用いた場合には、SN比
をより向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明によるガス検出素子の実験例
3のうちの1つの素子の各種ガスに対する応答特
性、第2図は同じく実験例1〜5における
SnCl4/SnO2に対するSN比の関係を示す図であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 酸化第2スズを主材、パラジウムを触媒とし
    て含有する金属酸化物半導体をガス感応体とする
    ガス検出素子において、 主材である酸化第2スズとして、酸化第2スズ
    を焼成して得た活性化酸化第2スズを用いたこと
    を特徴とするガス検出素子。 2 金属酸化物半導体は、アンチモンを安定材と
    して含有するものである特許請求の範囲第1項記
    載のガス検出素子。 3 酸化第2スズを焼成し活性化酸化第2スズを
    作成する第1工程と、 第1工程で作成した活性化酸化第2スズに塩化
    パラジウム溶液をPd/Sn=0.1〜8モル%となる
    ように加えて分散し、乾燥する第2工程と、 第2工程で作成した試料にアンチモン化合物を
    Sb/Sn=0.5〜8モル%となるように加えて混合
    する第3工程と、 第3工程で作成した試料に有機溶剤を加えてペ
    ースト状にし、これを1対の電極を有する絶縁体
    に塗布し、乾燥させる第4工程と、 第4工程で作成した素子を、600〜850℃の大気
    またはアンチモン酸化ガスの雰囲気中で5〜30分
    間焼成する第5工程と、 からなるガス検出素子の製造方法。 4 アンチモン酸化ガス雰囲気は、三酸化アンチ
    モンのモル数に換算して、1×10-9〜4.5×10-8
    モル/cm3のアンチモン化合物を600〜850℃の雰囲
    気中に5〜60分間入れて作成したものである特許
    請求の範囲第3項記載のガス検出素子の製造方
    法。 5 酸化第2スズを主材、パラジウムを触媒とし
    て含有する金属酸化物半導体をガス感応体とする
    ガス検出素子において、 主材である酸化第2スズとして、酸化第2スズ
    に塩化第2スズをSnCl4/SnO2=20モル%以下と
    なるように添加し焼成して得た活性化酸化第2ス
    ズを用いたことを特徴とするガス検出素子。 6 金属酸化物半導体は、アンチモンを安定材と
    して含有するものである特許請求の範囲第5項記
    載のガス検出素子。 7 酸化第2スズに塩化第2スズを添加して焼成
    し活性化酸化第2スズを作成する第1工程と、 第1工程で作成した活性化酸化第2スズに塩化
    パラジウム溶液をPd/Sn=0.1〜8モル%となる
    ように加えて分散し、乾燥する第2工程と、 第2工程で作成した試料にアンチモン化合物を
    Sb/Sn=0.5〜8モル%となるように加えて混合
    する第3工程と、 第3工程で作成した試料に有機溶剤を加えてペ
    ースト状にし、これを1対の電極を有する絶縁体
    に塗布し、乾燥させる第4工程と、 第4工程で作成した素子を、600〜850℃の大気
    またはアンチモン酸化ガスの雰囲気中で5〜30分
    間焼成する第5工程と、 からなるガス検出素子の製造方法。 8 活性化酸化第2スズを作成する工程は、 塩化第2スズに純水を加えて塩化第2スズ溶液
    を作成する工程と、 酸化第2スズに前記塩化第2スズ溶液を
    SnCl4/SnO2=20モル%以下となるように加えて
    混合する工程と、 この混合試料を600〜900℃に加熱して10分〜数
    時間焼成する工程と、 この焼成物を粉砕する工程と、 からなる特許請求の範囲第7項記載のガス検出素
    子の製造方法。 9 アンチモン酸化ガスの雰囲気は、三酸化アン
    チモンのモル数に換算して、1×10-9〜4.5×
    10-8モル/cm3のアンチモン化合物を600〜850℃の
    雰囲気中に5〜60分間入れて作成したものである
    特許請求の範囲第7項記載のガス検出素子の製造
    方法。
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