セラミックス繊維を用いた超小型・高感度酸素センサーの試作

使用陶瓷纤维的超紧凑型高灵敏度氧传感器原型

• 批准号: 24921008
• 负责人: 志田 賢二
• 金额: $ 0.32万
• 依托单位: Kumamoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-24921008/
• 关键词: 繊維状ジルコニア; 酸素イオン伝導; 自己組織化

本研究では、特徴的な微細構造と電気的特性を有するセラミックス繊維用いた超小型・高感度酸素センサーの試作を目的とした。微細な構造を有するセラミックス繊維を用いることにより、既存の酸素センサーの超小型、高感度化が期待される。本研究ではセラミックス繊維として4mol%イットリア安定化ジルコニア繊維を用いた。4mol%イットリア安定化ジルコニア繊維は申請者らによって確立したジルコニア粒子懸濁液の乾燥プロセスにより作製した。具体的にはジルコニア粒子のエタノール分散体をガラス製試験管に入れ、乾燥器中78℃で12時間静置した。分散媒の蒸発に伴い、粒子の自己組織化が誘起され、安定化ジルコニア繊維が得られた。この安定化ジルコニア繊維は長さが1.50m、繊維幅は数十～数百μmで構成粒子径は126nm、相対密度は97%と非常に微細で緻密な構造を有していた。種々の温度で熱処理を行ったイットリア安定化ジルコニア繊維を交流インピーダンス法により酸素センサーとしての性能評価を行った。従来のイットリア安定化ジルコニアにおいてはイットリア添加量が8mol%において最も高い酸素イオン伝導率を示すことが知られている。本研究のイットリア安定化ジルコニア繊維においては、イットリア添加量が4mol%と低いにも関わらず空気中、1273Kにおいて0.18S/cmという高い酸素イオン伝導率を示した。本研究では、微細なセラミックス繊維の酸素イオン伝導性の測定方法を確立し、その優れた酸素イオン伝導性を明らかとし、超小型・高感度酸素センサー材料への応用への可能性を見出した。

这项研究的目的是使用具有独特微观结构和电性能的陶瓷纤维制作超紧凑、高灵敏度的氧气传感器原型。使用具有精细结构的陶瓷纤维有望使现有的氧传感器变得超小且高度灵敏。在本研究中，4mol%氧化钇稳定的氧化锆纤维被用作陶瓷纤维。通过申请人建立的氧化锆颗粒悬浮液的干燥方法制备了4mol％氧化钇稳定的氧化锆纤维。具体而言，将氧化锆粒子的乙醇分散液放​​入玻璃试管中，在干燥机中于78℃放置12小时。当分散介质蒸发时，引发颗粒的自组织并获得稳定的氧化锆纤维。该稳定化氧化锆纤维的长度为1.50m，纤维宽度为数十～数百μm，构成粒径为126nm，相对密度为97%，极其细密。使用交流阻抗法评估了在不同温度下热处理的氧化钇稳定氧化锆纤维作为氧传感器的性能。已知当氧化钇添加量为8mol%时，常规氧化钇稳定氧化锆表现出最高的氧离子电导率。本研究中的氧化钇稳定氧化锆纤维在空气中 1273 K 时表现出 0.18 S/cm 的高氧离子电导率，尽管氧化钇含量低至 4 mol%。在本研究中，我们建立了一种测量细陶瓷纤维氧离子电导率的方法，阐明了其优异的氧离子电导率，并发现了应用于超小型、高灵敏度氧传感器材料的可能性。

项目成果

Preparation of yttria-stabilized zirconia fibers from a zirconia sol and their properties

氧化锆溶胶制备氧化钇稳定氧化锆纤维及其性能

• 发表时间: 2012
• 期刊: Journal of the Ceramic Society of Japan
• 影响因子: 1.1
• 作者: Kenji Shida (志田賢二)

繊維状セラミックスの評価・分析技術

纤维陶瓷评价分析技术

• 发表时间: 2012
• 作者: 志田賢二