1997 Fiscal Year Annual Research Report
超イオン導電体を用いた全固体常温作動型酸素センサの高速応答化とそのメカニズム
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09650911
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Research Institution | Tokyo University of Science |
Principal Investigator |
桑野 潤 東京理科大学, 工学部, 助手 (70084390)
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Keywords | 酸素センサ / 固体電解質 / フッ化物 / 応答時間 / 超イオン導電体 |
Research Abstract |
本年度は、常温においてセンシングできる超イオン導電体を用いた短絡電流検出型全固体センサ(Ag/Ag_4I_6WO_4/PbSnF_4/混合検知極層)について、1.電子導電性短繊維・ウィスカ-混合検知極電極の高速応答化メカニズムを解明する 2.高速応答化を計るという目的で、下記の三点に関して研究を行い、以下の成果を得た。 1.検知極材料の形態の応答特性に及ぼす影響の検討 カーボンおよび酸化物の短繊維やウィスカ-を混合させた検知極を持つ酸素センサを試作して、応答特性を調べた結果、混合したウィスカ-状材料のアスペクト比、表面平滑性、導電性、粒径が、応答速度および応答過渡特性に著しく影響を及ぼすことが判った。しかし、それらの化学的性質はほとんど影響を及ぼさなかった。フタロシアニン類が、酸素分圧-短絡電流応答特性を決定していることも確認された。 2.検知極混合物の混合状態と応答特性との相関の検討 検知極の混合状態をSEM-EDXで観察して、電子導電性ウィスカ-状粒子、フッ化物イオン導電体および金属フタロシアニンの三相およびそれら界面および空隙の検知極内における空間的分布を分析した。その結果、ウィスカ-状粒子が混合検知極層中に網目状ネットワークを形成し、電極表面からの酸素の拡散経路と電子の電導経路が共に同時に確保されている場合のみに、応答速度および過渡特性が改善されることが判明した。 3.検知極内における酸素の反応経路モデルの提示と応答速度決定因子の検討 酸素の拡散は、ウィスカ-状粒子の平滑表面に沿って行われ、ウィスカ-状粒子の網目状ネットワークに沿った還元サイトで、酸素原子に解離した後、一価酸化物イオンに還元される電極反応モデルを提案した。そのモデルの解析から、還元サイトの電気化学ポテンシャルの均一性が、応答速度を決定する因子として重要であることが明らかになった。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] Jun Kuwano: "Ambient Temperature Oxygen Sensors Based on Fluoride Solid Electrolyte : the Roles of the Constituents in the Sensing Electrode Mixtures" Talant. 44. 705-712 (1997)
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[Publications] Hiroko Amasaki: "Suppression of Humidity Interference with the Amperometric Response of PbSnF_4-Based Oxygen Sensors Operating of Ambient Temperature" Analytical Sciences. 13(5) Suppl.301-304 (1997)
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[Publications] Tomoyasu Eguchi: "Towards Fluoride-Based Oxygen Gas Sensors Operating at Room Temperature : Effects of the Whisker Materials Incorporated in the Sensing Electrode on Respones Time" Analytical Sciences. 13(5) Suppl.295-298 (1997)
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[Publications] Tohru Suzuki: "Membrane-couered Sensors Using Propylene Carbonate Electrolytes Gelled by Highly Dispersed Silica for Amperometric Determinetion of O_2 gas Concentration" Analytical Sciences. 13(5) Suupl.317-320 (1997)
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[Publications] Tomoyasu Eguchi: "Optineum Design for the Sensing Electrode Mixtures of PbSnF_4-based Oxygen Sensors for Fast Response at Room Temperature" Solid State Ionics. (in press).
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[Publications] Shinji Hatake: "New Lithium Ion Conducting Compounds 3Li_3N-MI (M=Li,Na,K,Rb) and Their Appliention to Solid-State Lithium Ion Cell" J.Power Sources. 68. 416-420 (1997)