NO_XおよびCO_2の動態計測用ガスセンサの開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555576
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 山添 のぼる 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (40037817)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 二田 穂積 矢崎計器(株), ガス機器開発室, センサ研究部長 ; 酒井 剛 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (40284567) ; 島ノ江 憲剛 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (10274531) ; 三浦 則雄 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (70128099)
• Keywords: 半導体ガスセンサ / 固体電解質ガスセンサ / 動態計測 / 窒素酸化物 / 二酸化炭素 / 補助相 / 界面構造 / ナトリウムイオン導電体

Research Abstract

1.検知機構の確立 ppbレベルの低濃度NO_2を精度良く検出できる限界電流式センサの検知機構について検討を行った。このセンサでは、検知極である金電極はガス拡散層として働き、固体電解質と金電極界面で亜硝酸ナトリウムを形成することにより、NO_2を検知している。また高感度の検出には、界面での酸化ナトリウムまたは過酸化ナトリウムの形成が重要である。
2.多成分系補助相の構造と意義の解明 ナトリウムイオン導電体であるNASICONに炭酸リチウムと炭酸バリウムからなる補助相を接合したCO_2センサの界面構造と応答機構について検討した結果、界面ではNASICON側にBaZrO_3相が形成され、その相の厚みがそれぞれの炭酸塩混合比に密接に関係することを明らかにした。補助相中の炭酸バリウム比率が多くなると界面には薄いBaZrO_3相が形成され、この相がナトリウムイオン(NASICON中)の界面への移動を抑制し、低温作動を可能としていることがわがった。
3.薄膜化技術 素子の小型化のためには、センサ材料全体について薄膜化が必要であるが、特に重要なことは補助相および電極の薄膜制御技術である。そこで、スクリーン印刷法を用いてそれらの組織や膜厚の制御について基礎的な検討を行った。限界電流式固体電解質NO_Xセンサでは電極材料の組織制御が、混成電位型NO_Xセンサでは膜厚制御が重要であることがわかった。
4.小型センサによる動態計測 NASICONに炭酸リチウムと炭酸バリウムからなる補助相を接合したCO_2センサについて、その小型化を検討した。炭化水素除去のための触媒層を被覆した3.5×4.0×2.0mmの小型センサは長期間安定であり、室内のCO_2モニタリングテストから赤外線式CO_2濃度計とほぼ同期した結果が得られた。

Research Products

• [Publications] G.Lu: "High Temperature Sensors for NO and NO_2 Based on Stabilized Zirconia and Spinel-type Oxide Electrodes" J.of Materials Chem.7(8). 1445-1449 (1997)
• [Publications] N.Miura: "Compact Amperometric Solid-Electrolyte Sensor for Detection of NO_2 in ppb Range" Transducers'97. 16-19 (1997)
• [Publications] H.Kawate: "Interfacial Structure of CO_2 Sensing Devices Using Li_2CO_3-BaCO_3/NASICON Junction" Chem.Sens. 13 Suppl.B. 97-100 (1997)
• [Publications] 山添 〓: "環境ガスセンサ研究の最近の動向" 電気学会論文誌E. 188-E. 60-63 (1997)
• [Publications] 二田 穂積: "固体電解質を用いたCO_2センサの開発" 電気学会論文誌E. 188-E. 72-75 (1997)
• [Publications] 山添 〓: "化学センサ" ニューセラミックス. 12. 1-5 (1997)