固体電解質を用いた高性能炭酸ガスセンサの開発

采用固体电解质的高性能二氧化碳传感器的开发

基本信息

批准号：
06650951
负责人：
三浦則雄
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

炭酸ガスは最近問題となっている地球温暖化の原因物質の一つであり、その精度の高い検出はますます重要となっている。また、特にオフィスや工場などにおける空気の汚れの監視や空調機器のオートメーション化においても、迅速、簡便で高精度な小型炭酸ガスセンサの開発が切望されている。本研究では固体電解質と炭酸塩補助相を組み合わせた全固体型炭酸ガスセンサについて検討を加えた結果、次のような新しい知見を得た。1.炭酸塩補助相としては、従来用いられてきた炭酸ナトリウムにかわって、例えば炭酸リチウム-炭酸カルシウムなどの2成分系組成のものが、応答速度や水蒸気の妨害効果の低減などの点でかなり優れていることがわかった。2.検知極反応として、従来考えられてきた電気化学反応とは異なる過炭酸塩を含む反応を新たに提案することにより、このタイプの固体電解質炭酸ガスセンサにおける起電力応答の酸素濃度依存性が明確に説明できた。3.固体電解質/炭酸塩/電極の各界面での電極電位がいかに決定されているかについて詳細な考察を行うことにより、応答機構の解明や補助相材料の選択に対する指針が得られた。4.導電イオン種の異なる固体電解質(酸化物イオン)と炭酸塩(リチウムイオン)の組み合わせでも優れた炭酸ガスセンサが得られることを示した。またその際、中間相(イオンブリッヂ)の存在がセンサ応答に特に重要な役割を果たしていることを示した。5.素子構造を平面型としたヒーター内蔵のより実際的な小型センサを作製し、それが良好な炭酸ガス検知特性を与えることを示した。

二氧化碳气体是全球变暖的原因之一，近年来已成为一个问题，其高精度检测变得越来越重要。此外，迫切需要开发一种快速、简单且高精度的紧凑型二氧化碳气体传感器，特别是用于监测空气污染以及办公室和工厂的空调设备自动化。在这项研究中，我们研究了一种结合了固体电解质和碳酸盐辅助相的全固态二氧化碳传感器，结果，我们获得了以下新发现。 1.作为碳酸盐辅助相，代替传统使用的碳酸钠，碳酸锂-碳酸钙等二组分组合物在响应速度和减少水蒸气的干扰影响方面相当有效。很优秀。 2.通过提出一种涉及过碳酸盐作为传感电极反应的新反应，该反应不同于传统考虑的电化学反应，澄清了这种类型的固体电解质二氧化碳传感器中电动势响应对氧浓度的依赖性。能够解释。 3.对如何确定每个固体电解质/碳酸盐/电极界面处的电极电位的详细研究为阐明响应机制和选择辅助相材料提供了指导。 4. 结果表明，即使将固体电解质（氧化物离子）和碳酸盐（锂离子）与不同的导电离子种类组合，也可以获得优异的二氧化碳传感器。此外，我们还表明，相间（离子桥）的存在在传感器响应中起着特别重要的作用。 5.我们制造了一种更实用的紧凑型传感器，具有平面元件结构的内置加热器，并表明它提供了良好的二氧化碳检测特性。