JP2007240462A - Gas detecting element, hydrogen sensor, and manufacturing method for gas detecting element - Google Patents

Gas detecting element, hydrogen sensor, and manufacturing method for gas detecting element Download PDF

Info

Publication number
JP2007240462A
JP2007240462A JP2006066727A JP2006066727A JP2007240462A JP 2007240462 A JP2007240462 A JP 2007240462A JP 2006066727 A JP2006066727 A JP 2006066727A JP 2006066727 A JP2006066727 A JP 2006066727A JP 2007240462 A JP2007240462 A JP 2007240462A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
thin film
gas detection
detection element
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006066727A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsuo Yasumori
敦雄 安盛
Takeshi Ogaki
武 大垣
Mitsuhiro Makino
充浩 牧野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo University of Science
Original Assignee
Tokyo University of Science
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo University of Science filed Critical Tokyo University of Science
Priority to JP2006066727A priority Critical patent/JP2007240462A/en
Publication of JP2007240462A publication Critical patent/JP2007240462A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas detecting element capable of manufacturing a sensor of simple sensor structure, simple in a manufacturing process, and having a high response speed and high sensitivity, and hydrogen sensor provided with the gas detecting element. <P>SOLUTION: A metal layer containing two kinds or more of metals different in hydrogen storage abilities and hydrogen releasing abilities is provided on a thin film comprising a conductor or a semiconductor provided on a substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス検出用素子に関し、より詳しくは水素ガスを検出する水素センサ用のガス検出用素子及びこのガス検出用素子を備えた水素センサ、並びにガス検出用素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a gas detection element, and more particularly to a gas detection element for a hydrogen sensor that detects hydrogen gas, a hydrogen sensor including the gas detection element, and a method for manufacturing the gas detection element.

SnO、ZnO、TiO、Fe、Cr等の酸化物半導体による各種ガス、湿度センサが実用化されている。最近は特に、大気環境計測やにおいセンサ用として、数ppmからppb領域にある低濃度で高感度・高選択性のセンサの開発が進められている。一方、燃料電池を代表とする水素エネルギー源の活用技術が注目を集めており、その重要な構成要素として高感度・高速応答性を有する水素センサが求められている。
従来の酸化物半導体型水素センサは、検出時にバルク体の半導体センサの温度を数百℃まで上げる必要があり、応答速度、安全性や消費電力の点で問題が多い。また白金線および微粒子等を用いた接触燃焼式水素センサは、酸化物半導体型水素センサと同様にセンサの温度を数百℃まで上げる必要があり、応答速度、安全性や消費電力の点で問題が多く、また白金等の貴金属の使用量も多い。最近では、白金上での水素の酸化・燃焼熱と熱電変換素子との組み合わせ、タングステン酸塩の酸化・還元によるエレクトロクロミズムや、金属パラジウム薄膜・パラジウムナノ粒子などのパラジウムの水素吸蔵に伴う体積膨張を利用して電気伝導度変化から水素濃度を検出する材料等様々な新規センサが報告されている(特許文献1,2参照)。
Various gases and humidity sensors using oxide semiconductors such as SnO 2 , ZnO, TiO 2 , Fe 2 O 3 , and Cr 2 O 3 have been put into practical use. Recently, a low-sensitivity, high-sensitivity and high-selectivity sensor in the range of several ppm to ppb has been developed especially for atmospheric environment measurement and odor sensors. On the other hand, technologies for utilizing hydrogen energy sources such as fuel cells are attracting attention, and hydrogen sensors having high sensitivity and high-speed response are required as important components.
A conventional oxide semiconductor hydrogen sensor needs to raise the temperature of a bulk semiconductor sensor to several hundred degrees Celsius at the time of detection, and there are many problems in terms of response speed, safety, and power consumption. In addition, the catalytic combustion type hydrogen sensor using platinum wire and fine particles needs to raise the temperature of the sensor to several hundred degrees Celsius like the oxide semiconductor type hydrogen sensor, which is problematic in terms of response speed, safety and power consumption. In addition, the amount of precious metals such as platinum used is also large. Recently, the combination of hydrogen oxidation / combustion heat and thermoelectric conversion elements on platinum, electrochromism by oxidation / reduction of tungstate, and volume expansion associated with hydrogen absorption of palladium such as metal palladium thin films and palladium nanoparticles. Various new sensors have been reported such as materials that detect hydrogen concentration from changes in electrical conductivity by using the method (see Patent Documents 1 and 2).

特許文献1には、非酸化物半導体と、この半導体の表面の少なくとも一部に付設された水素吸収体と、からなる水素検出部を備えた水素センサが開示されている。この水素センサは、水素吸収体への水素吸収の有無に対応する抵抗値変化から水素を検出するものである。半導体に非酸化物半導体を用いたことにより、常温でも使用することが可能となっている。
また、特許文献2には、所定の電気特性を有する酸化チタンを主成分とする半導体を備えた水素センサが開示されている。この水素センサは、特許文献1に開示されている水素センサと同様に、常温でも使用することが可能となっている。
特開2005−315700号公報 特開2006−003153号公報
Patent Document 1 discloses a hydrogen sensor including a hydrogen detection unit including a non-oxide semiconductor and a hydrogen absorber attached to at least a part of the surface of the semiconductor. This hydrogen sensor detects hydrogen from a resistance value change corresponding to the presence or absence of hydrogen absorption in the hydrogen absorber. By using a non-oxide semiconductor as a semiconductor, it can be used even at room temperature.
Patent Document 2 discloses a hydrogen sensor including a semiconductor mainly composed of titanium oxide having predetermined electrical characteristics. Similar to the hydrogen sensor disclosed in Patent Document 1, this hydrogen sensor can be used even at room temperature.
JP 2005-315700 A JP 2006-003153 A

しかし、センサ構造の複雑さや耐久性、高感度化等解決すべき課題は多い。特許文献1に開示されている水素センサは、応答速度が低く実用的ではない。また、特許文献2に開示されている水素センサは、常温での使用が可能なものの、応答速度や感度が低く、これらを向上させるためには、100℃以上の高温で紫外線を照射する必要がある。そのため、実用可能なセンサにするためには複雑な構造になってしまう。   However, there are many problems to be solved, such as the complexity and durability of the sensor structure and high sensitivity. The hydrogen sensor disclosed in Patent Document 1 has a low response speed and is not practical. Further, although the hydrogen sensor disclosed in Patent Document 2 can be used at room temperature, the response speed and sensitivity are low. In order to improve these, it is necessary to irradiate ultraviolet rays at a high temperature of 100 ° C. or higher. is there. Therefore, it becomes a complicated structure to make a practical sensor.

以上の課題に鑑み本発明は、センサ構造及び製造プロセスが単純で、かつ、応答速度や感度が高いセンサを製造することが可能なガス検出用素子及びこのガス検出用素子を備えた水素センサを提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a gas detection element capable of manufacturing a sensor having a simple sensor structure and a manufacturing process, and having a high response speed and sensitivity, and a hydrogen sensor including the gas detection element. The purpose is to provide.

本発明者らは、基板上に設けられる導体又は半導体からなる薄膜上に、水素吸蔵能及び/又は水素放出能の異なる2種類以上の金属を含む金属層を設けることにより応答速度や感度を向上させることが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は具体的には以下のものを提供する。   The present inventors improve response speed and sensitivity by providing a metal layer containing two or more kinds of metals having different hydrogen storage capabilities and / or hydrogen release capabilities on a thin film made of a conductor or semiconductor provided on a substrate. As a result, the present invention has been completed. Specifically, the present invention provides the following.

(1) 基板上に設けられる導体又は半導体からなる薄膜上に、水素吸蔵能及び/又は水素放出能の異なる2種類以上の金属を含む金属層が設けられているガス検出用素子。   (1) A gas detection element in which a metal layer containing two or more kinds of metals having different hydrogen storage capabilities and / or hydrogen release capabilities is provided on a thin film made of a conductor or semiconductor provided on a substrate.

従来のガス検出用素子は、水素ガス等の還元性ガスが酸素を半導体層から引き剥がすことにより、酸素にトラップされていた電子が半導体層中に残存して荷電キャリアが存在する領域を変化させ、半導体層の抵抗値を変化させるという作動原理であった。しかし、半導体層は、自身の温度変化によっても抵抗値を変化させることは可能であり、温度変化による抵抗値変化を作動原理とした方が、従来の作動原理よりも高い感度で作動することができる。   In the conventional gas detection element, a reducing gas such as hydrogen gas peels off oxygen from the semiconductor layer, thereby changing the region where electrons trapped in oxygen remain in the semiconductor layer and charge carriers exist. The operating principle is to change the resistance value of the semiconductor layer. However, the resistance value of the semiconductor layer can be changed by its own temperature change, and the operation principle based on the resistance value change due to the temperature change may operate with higher sensitivity than the conventional operation principle. it can.

従って、(1)に記載の発明によれば、ガス検出用素子は、導体又は半導体からなる薄膜を含有する。導体又は半導体を薄膜としたことによって、水素を吸蔵した金属層の燃焼熱を均一に、かつ、高速で伝えることが可能となる。これによって、従来の作動原理よりも高い感度で作動することができる。また、薄膜としたことによって、ガス検出用素子のセンサ構造や製造プロセスを簡略化することが可能となる。   Therefore, according to the invention described in (1), the gas detection element contains a thin film made of a conductor or a semiconductor. By using a conductor or semiconductor as a thin film, the heat of combustion of the metal layer occluded with hydrogen can be transmitted uniformly and at high speed. This makes it possible to operate with higher sensitivity than the conventional operating principle. In addition, by using a thin film, the sensor structure and manufacturing process of the gas detection element can be simplified.

また、ガス検出用素子は、水素吸蔵能及び/又は水素放出能の異なる2種類以上の金属を含む金属層を更に含有する。このように異なる性質を有する複数種の金属を含有したことによって、薄膜の温度変化を容易に引き起こすことが可能となる。   In addition, the gas detection element further includes a metal layer containing two or more kinds of metals having different hydrogen storage capabilities and / or hydrogen release capabilities. By containing a plurality of kinds of metals having different properties in this way, it becomes possible to easily cause a temperature change of the thin film.

この2種類以上の金属は、水素吸蔵速度の高い金属と、水素放出速度の高い金属と、の組み合わせであることが好ましい。
水素吸蔵速度の高い金属を含有させたことによって、検知ガス中の水素を短時間に吸着・吸蔵できるため、半導体層表面において雰囲気中の酸素との燃焼を容易にすることにより、半導体層の温度を容易に上昇させることが可能となる。これによって、従来の作動原理よりも高い感度で作動させることが可能となる。
また、水素放出速度の高い金属を含有させたことによって、水素濃度が低くなった場合に、水素を比較的早い段階で放出することが可能となる。これによって応答速度を速く、また水素濃度変化による定量的な抵抗変化を発現することが可能となる。従って、これらを組み合わせて用いたことによって、高い感度で作動させること、応答速度をより速くすること、濃度依存性のある抵抗値変化を発現させることが可能となる。
The two or more kinds of metals are preferably a combination of a metal having a high hydrogen storage rate and a metal having a high hydrogen release rate.
By containing a metal with a high hydrogen storage rate, hydrogen in the detection gas can be adsorbed and stored in a short time, so that the temperature of the semiconductor layer can be increased by facilitating combustion with oxygen in the atmosphere on the surface of the semiconductor layer. Can be easily raised. This makes it possible to operate with higher sensitivity than the conventional operating principle.
Moreover, when a metal having a high hydrogen release rate is contained, hydrogen can be released at a relatively early stage when the hydrogen concentration is low. As a result, the response speed can be increased and a quantitative resistance change due to a change in hydrogen concentration can be realized. Therefore, by using these in combination, it is possible to operate with high sensitivity, to increase the response speed, and to develop a change in resistance value having concentration dependency.

なお、上記の2種類以上の金属は、水素吸蔵速度の高い金属と、水素放出速度の高い金属と、の組み合わせであるが、少なくとも1種類の金属は例えば水素ガスのような可燃性ガスに対する接触燃焼反応(または酸化発熱反応)を生じさせるものであることが好ましい。   The above two or more kinds of metals are a combination of a metal having a high hydrogen storage rate and a metal having a high hydrogen release rate, but at least one kind of metal is in contact with a combustible gas such as hydrogen gas. It is preferable to cause a combustion reaction (or oxidation exothermic reaction).

本発明における「水素吸蔵速度の高い金属」及び「水素放出速度の高い金属」とは、金属中への水素の固溶に対する溶解熱・溶解のエントロピーの差(ΔS)に基づく。例えば、パラジウムと白金の溶解熱・溶解のエントロピーは以下の通りである。
Pd:ΔH=−10kJ/molH、ΔS/R=−7molH
Pt:ΔH=+46kJ/molH、ΔS/R=−7molH
(ΔHはエンタルピーの差であり、上記値は水素原子1モルあたりの値である)
これより水素化(水素の固溶)はパラジウムの方が、はるかに起こりやすいことにはなる。
The “metal having a high hydrogen storage rate” and the “metal having a high hydrogen release rate” in the present invention are based on the difference in entropy of heat of dissolution and dissolution (ΔS) with respect to the solid solution of hydrogen in the metal. For example, the heat of dissolution and the entropy of dissolution of palladium and platinum are as follows.
Pd: ΔH 0 = −10 kJ / molH, ΔS 0 / R = −7 molH
Pt: ΔH 0 = + 46 kJ / molH, ΔS 0 / R = −7 molH
(ΔH is the difference in enthalpy, and the above value is a value per mole of hydrogen atoms)
From this, hydrogenation (hydrogen solid solution) is much more likely to occur in palladium.

(2) 前記2種類以上の金属は、白金又はその合金と、パラジウム又はその合金と、の組み合わせである(1)に記載のガス検出用素子。   (2) The gas detection element according to (1), wherein the two or more kinds of metals are a combination of platinum or an alloy thereof and palladium or an alloy thereof.

パラジウムは水素の吸蔵が比較的早く、また、白金は水素の放出が比較的早い。従って(2)に記載の発明によれば、水素吸蔵性を有する金属として、パラジウム又はパラジウム合金を使用し、水素放出性を有する金属として、白金又はその合金を使用し、これらを組み合わせて使用することによって、より感度が高く、応答速度の高いガス検出用素子を製造することが可能となる。   Palladium absorbs hydrogen relatively quickly, and platinum releases hydrogen relatively quickly. Therefore, according to the invention described in (2), palladium or a palladium alloy is used as the metal having hydrogen storage properties, platinum or an alloy thereof is used as the metal having hydrogen releasing properties, and these are used in combination. Thus, it is possible to manufacture a gas detection element with higher sensitivity and higher response speed.

(3) 前記白金又はその合金は、主として前記パラジウム又はその合金上に担持されている(1)又は(2)に記載のガス検出用素子。   (3) The element for gas detection according to (1) or (2), wherein the platinum or an alloy thereof is mainly supported on the palladium or an alloy thereof.

(3)の発明によれば、白金又はその合金を、パラジウム又はその合金上に担持させたことによって、水素吸蔵速度の高い金属であるパラジウムを還元活性点とすることが可能となる。その結果、パラジウムの上に、白金又はその合金を容易に担持させることが可能となる。このような順番で金属を担持させることにより、応答速度や感度がより高いガス検出用素子を製造することが可能となる。   According to the invention of (3), by supporting platinum or an alloy thereof on palladium or an alloy thereof, it is possible to use palladium which is a metal having a high hydrogen storage rate as a reduction active point. As a result, platinum or an alloy thereof can be easily supported on palladium. By supporting the metals in this order, it is possible to manufacture a gas detection element with higher response speed and sensitivity.

ここで「主として」とは、白金又はその合金の総添加量の5割以上が、パラジウム又はその合金上に担持されていることをいう。パラジウムと白金の担持率は、質量比で10:1から1:5であることが好ましく、5:1から1:1であることがより好ましい。   Here, “mainly” means that 50% or more of the total amount of platinum or its alloy is supported on palladium or its alloy. The loading ratio of palladium and platinum is preferably 10: 1 to 1: 5, more preferably 5: 1 to 1: 1 by mass ratio.

(4) 前記薄膜は、光触媒作用を奏する薄膜である(1)から(3)いずれかに記載のガス検出用素子。   (4) The gas detection element according to any one of (1) to (3), wherein the thin film has a photocatalytic effect.

(4)の発明によれば、薄膜を、光触媒作用を奏する薄膜としたことによって、水素吸蔵速度の高い金属を薄膜へ容易に担持させることが可能となる。これによって製造プロセスを簡略化することが可能となる。ここで「光触媒作用」とは、光の吸収によって触媒反応を生じさせる作用をいう。   According to the invention of (4), since the thin film is a thin film having a photocatalytic action, a metal having a high hydrogen storage rate can be easily supported on the thin film. This makes it possible to simplify the manufacturing process. Here, the “photocatalytic action” refers to an action that causes a catalytic reaction by absorption of light.

(5) 前記薄膜は、酸化チタン薄膜である(1)から(4)いずれかに記載のガス検出用素子。   (5) The gas detection element according to any one of (1) to (4), wherein the thin film is a titanium oxide thin film.

(5)の発明によれば、薄膜を酸化チタン薄膜としたことによって、光触媒反応を促進させることが可能となる。これによって、水素吸蔵速度の高い金属の担持をより促進させることが可能となり、製造プロセスをより簡略化することが可能となる。   According to the invention of (5), it is possible to promote the photocatalytic reaction by making the thin film a titanium oxide thin film. As a result, it is possible to further promote the loading of the metal having a high hydrogen storage rate, and it is possible to further simplify the manufacturing process.

(6) (1)から(5)いずれかに記載のガス検出用素子と、このガス検出用素子に設けられる一対の電極と、前記電極間の抵抗値の変化を計測する抵抗計測手段と、を備える水素センサ。   (6) The gas detection element according to any one of (1) to (5), a pair of electrodes provided in the gas detection element, a resistance measurement unit that measures a change in resistance value between the electrodes, A hydrogen sensor comprising:

(7) 前記ガス検出用素子を構成する前記基板の熱容量は、定圧比熱容量で0.4J・K−1・g−1から1.8J・K−1・g−1である(6)に記載の水素センサ。 (7) heat capacity of the substrate constituting the gas sensing element is in a 1.8J · K -1 · g -1 from 0.4J · K -1 · g -1 at a constant pressure specific heat capacity (6) The hydrogen sensor described.

(8) 前記基板は、前記薄膜と接している面と反対側の面に、熱容量を調整する熱容量調整手段を有する(6)又は(7)記載の水素センサ。   (8) The hydrogen sensor according to (6) or (7), wherein the substrate has a heat capacity adjusting means for adjusting a heat capacity on a surface opposite to a surface in contact with the thin film.

(9) 基板上に設けられる導体又は半導体からなる薄膜上に、白金又はその合金と、パラジウム又はその合金と、を担持させる工程とを有するガス検出用素子の製造方法。   (9) A method for producing an element for gas detection, comprising a step of supporting platinum or an alloy thereof and palladium or an alloy thereof on a thin film made of a conductor or a semiconductor provided on a substrate.

(10) 前記薄膜は、前記金属の担持を促進させる光触媒作用を奏する薄膜である(9)に記載のガス検出用素子。   (10) The gas detection element according to (9), wherein the thin film is a thin film having a photocatalytic action that promotes supporting of the metal.

本発明によれば、導体又は半導体からなる薄膜上に、水素吸蔵能及び/又は水素放出能の異なる2種類以上の金属を含む金属層を設けることにより、応答速度や感度が向上したガス検出用素子を提供することが可能となった。
また薄膜を、光触媒作用を奏する薄膜としたことによって、上記2種類以上の金属を容易に担持させることが可能となる。これによって製造プロセスを簡略化することが可能となる。
According to the present invention, for providing a gas detection with improved response speed and sensitivity by providing a metal layer containing two or more kinds of metals having different hydrogen storage capabilities and / or hydrogen release capabilities on a thin film made of a conductor or semiconductor. An element can be provided.
In addition, since the thin film is a thin film having a photocatalytic action, the two or more kinds of metals can be easily supported. This makes it possible to simplify the manufacturing process.

以下、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

本発明に係るガス検出用素子は、基板と、この基板の上に設けられた導体又は半導体からなる薄膜と、所定の金属を含有した金属層を有する。   The gas detection element according to the present invention includes a substrate, a thin film made of a conductor or a semiconductor provided on the substrate, and a metal layer containing a predetermined metal.

[ガス検出用素子]
図1は本実施形態に係るガス検出用素子を示した図である。このガス検出用素子1は、基板10の表面に、導体又は半導体からなる薄膜20が設けられ、更にこの薄膜20の上に所定の金属を含有する金属層30が形成されているものである。
[Gas detection element]
FIG. 1 is a view showing a gas detection element according to this embodiment. In this gas detection element 1, a thin film 20 made of a conductor or a semiconductor is provided on the surface of a substrate 10, and a metal layer 30 containing a predetermined metal is further formed on the thin film 20.

本実施形態において、基板10には大きさ25mm×10mm×1mmのガラス基板を用いた。この基板10は、絶縁性を有する平板であれば特に限定されるものではない。具体的には、SiO等のガラス基板や石英基板、Al等のセラミックス基板、イオンをドープしていない絶縁基板としてのSi基板などの絶縁材料を用いることができる。また、基板10の熱容量は、定圧比熱容量で0.4J・K−1・g−1から1.8J・K−1・g−1であることが好ましく、定圧比熱容量で0.5J・K−1・g−1から1.0J・K−1・g−1であることがより好ましい。
基板10の大きさは特に限定されるものではないが、10mm×5mm×1mmであることが好ましい。
In the present embodiment, a glass substrate having a size of 25 mm × 10 mm × 1 mm was used as the substrate 10. The substrate 10 is not particularly limited as long as it is a flat plate having insulating properties. Specifically, an insulating material such as a glass substrate such as SiO 2 or a quartz substrate, a ceramic substrate such as Al 2 O 3, or an Si substrate as an insulating substrate not doped with ions can be used. Further, the heat capacity of the substrate 10 is preferably from 0.4J · K -1 · g -1 is 1.8J · K -1 · g -1 at a constant pressure specific heat capacity, 0.5 J · K at constant pressure specific heat capacity More preferably, it is from −1 · g −1 to 1.0 J · K −1 · g −1 .
The size of the substrate 10 is not particularly limited, but is preferably 10 mm × 5 mm × 1 mm.

また、本実施形態において、薄膜20にはTiOを用いた。この薄膜20の材質は、導体又は半導体であれば限定されるものではないが、光触媒作用を有する酸化物半導体であることが好ましい。酸化物半導体としては、TiO,ZnO,SnO,SnO,Fe,Fe,CeO,Ce,ZrO,CdS,SiC,希土類ドープアルカリ土類チタン酸塩からなる群から選ばれる少なくともいずれか1種を含有することが好ましい。中でも光触媒反応による還元作用が高いという点でTiOを用いることが好ましい。
薄膜20の厚さは、基板10よりも薄いことが好ましい。具体的には10nmから10000nmであることが好ましく、100nmから1000nmであることがより好ましい。
In the present embodiment, TiO 2 is used for the thin film 20. The material of the thin film 20 is not limited as long as it is a conductor or a semiconductor, but is preferably an oxide semiconductor having a photocatalytic action. The oxide semiconductor is made of TiO 2 , ZnO, SnO, SnO 2 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CeO, Ce 2 O 3 , ZrO 2 , CdS, SiC, rare earth doped alkaline earth titanate. It is preferable to contain at least one selected from the group. Among these, TiO 2 is preferably used because it has a high reducing action by the photocatalytic reaction.
The thickness of the thin film 20 is preferably thinner than the substrate 10. Specifically, the thickness is preferably 10 nm to 10,000 nm, and more preferably 100 nm to 1000 nm.

また、本実施形態において、金属層30にはパラジウム及び白金を用いた。この金属層30は水素吸蔵速度の高い金属と、水素放出速度の高い金属と、を含有する。水素吸蔵速度の高い金属としては、パラジウム又はその合金が挙げられる。パラジウムの合金としてはRu、Rh、Au、La、Ti、Zr、Mg、希土類金属、Ca、V等の金属との共担持体が挙げられる。中でも水素吸蔵速度が高くかつ水素吸蔵量が多いという点でパラジウムであることが好ましい。
一方、水素放出速度の高い金属としては、白金又はその合金が挙げられる。白金の合金としては、パラジウムの合金と同様に、Ru、Rh、Au、La、Ti、Zr、Mg、希土類金属、Ca、V等の金属との共担持体が挙げられる。中でも水素放出速度が高くかつ触媒燃焼作用が高いという点で白金であることが好ましい。
In the present embodiment, palladium and platinum are used for the metal layer 30. The metal layer 30 contains a metal having a high hydrogen storage rate and a metal having a high hydrogen release rate. An example of the metal having a high hydrogen storage rate is palladium or an alloy thereof. Examples of the palladium alloy include a co-support with a metal such as Ru, Rh, Au, La, Ti, Zr, Mg, rare earth metal, Ca, and V. Of these, palladium is preferable because it has a high hydrogen storage rate and a large amount of hydrogen storage.
On the other hand, platinum or its alloy is mentioned as a metal with a high hydrogen discharge | release rate. Examples of platinum alloys include co-supports with metals such as Ru, Rh, Au, La, Ti, Zr, Mg, rare earth metals, Ca, and V, as with palladium alloys. Of these, platinum is preferred because of its high hydrogen release rate and high catalytic combustion action.

[ガス検出用素子の製造方法]
本実施形態に係るガス検出用素子1の製造方法としては、まず基板10の表面に、半導体層形成用組成物を塗布する。塗布方法としては、スパッタ法、真空蒸着法、ディップ法等公知の方法が挙げられる。次いで、これを300℃から500℃で1時間から24時間焼成して薄膜20を得る。この薄膜20は、基板10の表面全体を覆うように形成されていても、一部の面を覆うように形成されていてもよい。
なお、半導体層形成用組成物とは、酸化物半導体を形成することが可能な金属塩を有機溶剤に溶解させたものをいう。
[Method for manufacturing element for gas detection]
As a method for manufacturing the gas detection element 1 according to this embodiment, first, a semiconductor layer forming composition is applied to the surface of the substrate 10. Examples of the coating method include known methods such as sputtering, vacuum deposition, and dipping. Next, this is fired at 300 to 500 ° C. for 1 to 24 hours to obtain the thin film 20. The thin film 20 may be formed so as to cover the entire surface of the substrate 10 or may be formed so as to cover a part of the surface.
Note that the composition for forming a semiconductor layer refers to a solution obtained by dissolving a metal salt capable of forming an oxide semiconductor in an organic solvent.

続いて、薄膜20の表面に所定の金属を含有する金属層30を形成する。この金属層30の形成方法としては、水素吸蔵速度の高い金属ム、及び水素放出速度の高い金属の金属塩又は有機金属化合物を有機溶剤に溶解させた電着溶液に、基板10を浸漬させ紫外光を照射して薄膜20の表面に所定の金属を担持させる方法や、スパッタ法により電着溶液を薄膜20の表面に塗布して紫外光を照射する方法等が挙げられる。
電着溶液としては、水素吸蔵速度の高い金属、及び水素放出速度の高い金属をそれぞれ含有する電着溶液を用いても、これらを混合した電着溶液を用いてもよい。
Subsequently, a metal layer 30 containing a predetermined metal is formed on the surface of the thin film 20. The metal layer 30 is formed by immersing the substrate 10 in an electrodeposition solution in which a metal salt having a high hydrogen storage rate and a metal salt or organometallic compound having a high hydrogen release rate are dissolved in an organic solvent. Examples thereof include a method in which a predetermined metal is carried on the surface of the thin film 20 by irradiating light, a method in which an electrodeposition solution is applied to the surface of the thin film 20 by a sputtering method, and ultraviolet light is irradiated.
As the electrodeposition solution, an electrodeposition solution containing a metal having a high hydrogen storage rate and a metal having a high hydrogen release rate may be used, or an electrodeposition solution obtained by mixing them may be used.

薄膜20の表面に所定の金属を担持させる方法としては、(1)まず水素吸蔵速度の高い金属を担持させ、続いて水素放出速度の高い金属を担持させる方法、(2)まず水素放出速度の高い金属を担持させ、続いて水素吸蔵速度の高い金属を担持させる方法、(3)これらの金属を同時に担持させる方法が挙げられる。中でも、応答速度や感度をより向上させるという観点から(1)に記載の方法であることが好ましい。   As a method of supporting a predetermined metal on the surface of the thin film 20, (1) a method of first supporting a metal having a high hydrogen storage rate and subsequently supporting a metal having a high hydrogen release rate, Examples include a method of supporting a high metal and subsequently a metal having a high hydrogen storage rate, and (3) a method of simultaneously supporting these metals. Among these, the method described in (1) is preferable from the viewpoint of further improving response speed and sensitivity.

紫外光の光源としては、発光ダイオード、レーザー、キセノンランプ、水銀ランプ、ブラックライト等公知の光源を用いることが可能である。   As the ultraviolet light source, a known light source such as a light emitting diode, a laser, a xenon lamp, a mercury lamp, or a black light can be used.

[水素センサ]
本実施形態に係る水素センサは、上記のガス検出用素子と、このガス検出用素子に設けられる電極と、電極間の抵抗値の変化を計測する抵抗計測手段と、を備える。ガス検出用素子は、通常は周囲の風の流れや周囲の温度変化の影響を受けるのを避けるためにケースに収められている。
本実施形態において、ガス検出用素子の感度を向上させるために、400℃まで昇温可能な電気炉をケースとすることが好ましい。検出時の電気炉内の温度は、100℃から400℃であることが好ましく、200℃から300℃であることがより好ましい。また、このケースには、測定するガスをケース内に導入するためのガス吸入口を有する。ガス吸入口には、通常、金網等を設けて、ケース内に異物が侵入することを防止している。
また、ガス吸入口の対角線上にはガスをケースの外へ導出するためのガス排出口が設けられている。このガス排出口にもガス吸入口と同様に、金網等が設けられている。
[Hydrogen sensor]
A hydrogen sensor according to the present embodiment includes the above-described gas detection element, electrodes provided on the gas detection element, and resistance measurement means for measuring a change in resistance value between the electrodes. The gas detection element is usually housed in a case in order to avoid the influence of the ambient wind flow and ambient temperature change.
In this embodiment, in order to improve the sensitivity of the gas detection element, it is preferable to use an electric furnace capable of raising the temperature up to 400 ° C. as a case. The temperature in the electric furnace at the time of detection is preferably 100 ° C. to 400 ° C., more preferably 200 ° C. to 300 ° C. This case also has a gas inlet for introducing the gas to be measured into the case. A gas net or the like is usually provided at the gas inlet to prevent foreign matter from entering the case.
Further, a gas discharge port for leading the gas out of the case is provided on the diagonal line of the gas intake port. Similar to the gas suction port, the gas discharge port is also provided with a wire mesh or the like.

一対の電極は、ガス検出用素子の長手方向両端部に互いに離間して形成されている。これらの電極は金属層の表面に形成されていることが好ましい。また、電極の材質としては、金、銀、アルミニウム又はこれらの合金等の良導電性の金属が挙げられる。   The pair of electrodes are formed apart from each other at both ends in the longitudinal direction of the gas detection element. These electrodes are preferably formed on the surface of the metal layer. In addition, examples of the material of the electrode include highly conductive metals such as gold, silver, aluminum, and alloys thereof.

ガス検出用素子の素子電極には、電極用リード線が接続されてケースの外部に引き出されており、半導体層の抵抗値の信号を、外部の抵抗計測手段によって検出している。そして、ガスがガス検出用素子に接触することにより、温度が上昇して抵抗値が変化し、抵抗計測手段によって水素ガス濃度に変換される。抵抗計測手段としては、定電圧源と電流計の組み合わせ、定電圧源・電位差計とブリッジ回路の組み合わせ、デジタルマルチメータ、インピーダンスメータ等、公知の抵抗計測手段が挙げられる。   An electrode lead wire is connected to the element electrode of the gas detection element and is pulled out of the case, and a resistance value signal of the semiconductor layer is detected by an external resistance measuring means. When the gas comes into contact with the gas detection element, the temperature rises and the resistance value changes, and the resistance measurement unit converts the resistance value into a hydrogen gas concentration. Examples of the resistance measuring means include known resistance measuring means such as a combination of a constant voltage source and an ammeter, a combination of a constant voltage source / potentiometer and a bridge circuit, a digital multimeter, and an impedance meter.

この水素センサを用いて水素ガスを検出する場合、上述のように外部の温度変化による影響を受けないようにガス検出用素子がケースに収められているが、より高い測定精度を安定して得るためにはガス検出用素子を過熱して一定の温度に制御することが好ましい。そのため、ケースには加熱装置が設けられていることが好ましい。加熱装置としては、例えば、電気炉や赤外線ランプ、抵抗発熱体を含有する金属、セラミックス、プラスチックス、ゴム製のブロック・厚膜等が挙げられる。   When hydrogen gas is detected using this hydrogen sensor, the gas detection element is housed in the case so as not to be affected by external temperature changes as described above, but higher measurement accuracy can be stably obtained. For this purpose, it is preferable to control the gas detection element to a constant temperature by overheating. Therefore, it is preferable that the case is provided with a heating device. Examples of the heating device include an electric furnace, an infrared lamp, a metal containing a resistance heating element, ceramics, plastics, a rubber block / thick film, and the like.

また基板は、薄膜と接している面と反対側の面に、基板の熱容量を調整する熱容量調整手段を更に有している。熱容量調整手段とは、基板の熱平衡がスムーズに行われるように調整する薄膜であって、ある程度の熱伝導度を有していることが好ましい。具体的には、真鍮、アルミニウムおよびその合金、銅などの金属、窒化アルミニウムなどの高熱伝導性セラミックス等、が挙げられる。   The substrate further has a heat capacity adjusting means for adjusting the heat capacity of the substrate on the surface opposite to the surface in contact with the thin film. The heat capacity adjusting means is a thin film that is adjusted so that the thermal equilibrium of the substrate is performed smoothly, and preferably has a certain degree of thermal conductivity. Specific examples include brass, aluminum and alloys thereof, metals such as copper, and high thermal conductive ceramics such as aluminum nitride.

本実施形態によれば、ガス検出用素子として、基板に光触媒作用を奏する半導体層を用いたことによって、水素吸蔵速度の高い金属(パラジウム)を、光触媒反応により半導体層の表面に容易に担持させることが可能となった。また、担持された、水素吸蔵速度の高い金属を還元活性点とすることが可能となった。その結果、水素吸蔵速度の高い金属の上に、水素放出速度の高い金属(白金)を容易に担持させることが可能となった。このような順番で金属を担持させることにより、応答速度や感度がより高いガス検出用素子を製造することが可能となった。   According to this embodiment, by using a semiconductor layer having a photocatalytic action as a gas detection element, a metal (palladium) having a high hydrogen storage rate is easily supported on the surface of the semiconductor layer by a photocatalytic reaction. It became possible. In addition, the supported metal having a high hydrogen storage rate can be used as the reduction active site. As a result, it became possible to easily carry a metal (platinum) having a high hydrogen release rate on a metal having a high hydrogen storage rate. By supporting the metals in this order, it is possible to manufacture a gas detection element with higher response speed and sensitivity.

また、本実施形態に係る水素センサにおいて、ガス検出用素子を所定の温度まで昇温することが可能な電気炉内に収めたことによって、外部の温度変化による影響を受けずにガスを検出することが可能となった。また、基板の薄膜と接している面と反対側の面に、基板の熱容量を調整する熱容量調整手段を更に設けたことによって、基板の熱平衡を調整することが可能となった。これによって応答速度や感度がより高い水素センサを製造することが可能となった。   In the hydrogen sensor according to the present embodiment, the gas detection element is housed in an electric furnace capable of raising the temperature to a predetermined temperature, thereby detecting the gas without being affected by an external temperature change. It became possible. Further, it is possible to adjust the thermal balance of the substrate by further providing a heat capacity adjusting means for adjusting the heat capacity of the substrate on the surface opposite to the surface in contact with the thin film of the substrate. This makes it possible to manufacture a hydrogen sensor with higher response speed and sensitivity.

[実施例1,2]
基板本体に面積2.5cm×1.0cmのスライドガラスを用いて基板を作成した。半導体層形成用組成物としてチタンイソプロポキシルアセチルアセトナート{[CHCOCH=C(O−)CHTi[OCH(CH]−2プロパノール溶液(TIPAA)}を用いた。これを2−イソプロパノールで希釈して、Ti濃度1.0質量%に調製した。
まず、スライドガラスを中性洗剤で洗浄後、蒸留水ですすぎ、アセトンで10分間超音波洗浄を行い、表面を清浄化した。その後、常温乾燥でアセトンを十分に揮発させ取り除いた。次いで、このスライドガラスを上記の半導体層形成用組成物に浸漬させ(ディップコート)、5mm/秒で引き上げ、3分間常温乾燥させた後に400℃で10分間仮焼させた。これを5回繰り返した。さらにその後500℃で8時間本焼を行い、TiO半導体層を形成させ、本発明に係るガス検出用素子の基板を得た。なお、ディップコート時にスライドガラス両面に膜が作製されるが、片面はエタノールでふき取り、片面だけに半導体層を作製した。
[Examples 1 and 2]
A substrate was prepared using a slide glass having an area of 2.5 cm × 1.0 cm for the substrate body. Titanium isopropoxy acetylacetonate {[CH 3 COCH═C (O—) CH 3 ] 2 Ti [OCH (CH 3 ) 2 ] -2 propanol solution (TIPAA)} was used as the semiconductor layer forming composition. This was diluted with 2-isopropanol to prepare a Ti concentration of 1.0% by mass.
First, the glass slide was washed with a neutral detergent, rinsed with distilled water, and ultrasonically washed with acetone for 10 minutes to clean the surface. Thereafter, acetone was sufficiently volatilized and removed by drying at room temperature. Next, the slide glass was immersed in the above composition for forming a semiconductor layer (dip coating), pulled up at 5 mm / second, dried at room temperature for 3 minutes, and calcined at 400 ° C. for 10 minutes. This was repeated 5 times. Further, this was baked at 500 ° C. for 8 hours to form a TiO 2 semiconductor layer to obtain a substrate for the gas detection element according to the present invention. In addition, although the film | membrane was produced on both surfaces of the slide glass at the time of a dip coating, one side was wiped off with ethanol and the semiconductor layer was produced only on one side.

続いて金属層を電着法により形成する。水素吸蔵性を有する金属の電着溶液として塩化パラジウム溶液を水で希釈して所定の濃度(20ppm又は40ppm)にしたものに、酸化犠牲としてエタノールを用いた。また水素放出性を有する金属の電着溶液として塩化白金酸(HPtCl)を水で希釈して所定の濃度(20ppm又は40ppm)にしたものに、酸化犠牲としてエタノールを用いた。これらの電着溶液を下記の3通りの方法で電着させた。
(1)まずパラジウム含有電着溶液にてパラジウムを担持させ、続いて白金含有電着溶液にて白金を担持させる方法(試料1)。
(2)これらの金属を同時に担持させる方法(試料2)。
また、紫外光源にはブラックライトを用い、高さを調整することにより、紫外光強度を3.0W/mとして所定の時間(15分ずつ合計30分間又は30分間)、照射を行った。
Subsequently, a metal layer is formed by an electrodeposition method. Ethanol was used as a sacrifice for oxidation in a palladium chloride solution diluted with water to obtain a predetermined concentration (20 ppm or 40 ppm) as a metal electrodeposition solution having hydrogen storage properties. Moreover, ethanol was used as an oxidation sacrificial solution in which chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) was diluted with water to a predetermined concentration (20 ppm or 40 ppm) as a metal electrodeposition solution having hydrogen releasing properties. These electrodeposition solutions were electrodeposited by the following three methods.
(1) A method in which palladium is first supported on a palladium-containing electrodeposition solution and then platinum is supported on a platinum-containing electrodeposition solution (sample 1).
(2) A method of supporting these metals simultaneously (Sample 2).
Further, by using black light as an ultraviolet light source and adjusting the height, irradiation was performed for a predetermined time (15 minutes in total for 30 minutes or 30 minutes) with an ultraviolet light intensity of 3.0 W / m 2 .

[比較例1,2]
パラジウム含有電着溶液にてパラジウムのみを担持させた以外は、実施例1,2と同様の方法で試料を作成した。これを試料3とした。また、白金含有電着溶液にて白金のみを担持させた以外は、実施例1,2と同様の方法で試料を作成した。これを試料4とした。
[Comparative Examples 1 and 2]
A sample was prepared in the same manner as in Examples 1 and 2 except that only palladium was supported by a palladium-containing electrodeposition solution. This was designated as Sample 3. A sample was prepared in the same manner as in Examples 1 and 2, except that only platinum was supported by the platinum-containing electrodeposition solution. This was designated as Sample 4.

上記の方法により得られた試料のガス応答性の評価を行った。
電極は上記試料1から4の長手方向両端部に直接銀ペーストを塗布することにより形成した。このときのガス接触面積は以下に示したように1.5cm×1.0cmであった。
The gas responsiveness of the sample obtained by the above method was evaluated.
The electrodes were formed by directly applying silver paste to both ends of the samples 1 to 4 in the longitudinal direction. The gas contact area at this time was 1.5 cm × 1.0 cm as shown below.

これらの試料を電気炉中に設定温度で保持し、水素と空気を交互に流通させるか、あるいは、水素濃度を様々に変化させてセンサ特性を評価した。ガス流通量は、総流量で100ml/分である。流通ガスの選択と混合、および流量の調整はガス混合器を用いて行った。ガス流通サイクルについては試料により、様々に設定したために、以後結果を示す際にその都度示すことにする。抵抗値の測定はデジタルマルチメータを用いて行った。電気炉におけるガスの流入、流出口は電気炉の対角線上に位置しており、流入したガスが電気炉内全体に流通するしくみになっている。   These samples were held in an electric furnace at a set temperature, and hydrogen and air were allowed to flow alternately, or the sensor characteristics were evaluated by varying the hydrogen concentration. The gas flow rate is 100 ml / min in total flow rate. Selection and mixing of the flow gas and adjustment of the flow rate were performed using a gas mixer. Since the gas circulation cycle was set variously depending on the sample, it will be shown each time the result is shown. The resistance value was measured using a digital multimeter. The inflow and outflow ports of the gas in the electric furnace are located on the diagonal line of the electric furnace, and the inflowing gas flows through the entire electric furnace.

試料1から4のセンサ特性(空気希釈水素ガス流通による抵抗値変化)の測定結果を図2に示す。試料1(図中:三角データ)および試料2(図中:四角データ)のどちらの試料においても、試料3(図中:菱形データ),試料4(図中:丸データ)と比べ、安定した抵抗値変化を示した。また、水素濃度50%で飽和しており、それ以降は抵抗値の下限値が一致した。水素濃度30%以降はどちらの試料もほとんど同じような抵抗値変化を示している。しかし、濃度10%では試料2よりも試料1の方が、応答性が向上したことが示された。   FIG. 2 shows the measurement results of the sensor characteristics (resistance value change due to air dilution hydrogen gas flow) of samples 1 to 4. Both sample 1 (in the figure: triangle data) and sample 2 (in the figure: square data) were more stable than sample 3 (in the figure: diamond data) and sample 4 (in the figure: circle data). Resistance value change was shown. Moreover, it was saturated at a hydrogen concentration of 50%, and thereafter the lower limit value of the resistance value coincided. After the hydrogen concentration of 30%, both samples show almost the same change in resistance value. However, it was shown that the responsiveness of sample 1 was improved over that of sample 2 at a concentration of 10%.

また、水素濃度を変化させて試料1,2のセンサ特性を評価した結果を図3に示す。パラジウムと白金が逐次で担持された試料1(図中:白丸データ)及びパラジウムと白金が同時に担持された試料2(図中:黒丸データ)のどちらの試料においても、薄膜単体よりは安定した抵抗値変化を示した。また、これまでと同様に水素濃度50%で飽和しており、それ以降は抵抗値の下限値が一致した。水素濃度30%以降はどちらの試料もほとんど同じような抵抗値変化を示している。しかし、濃度10%では試料2よりも試料1の方が、応答性が向上した。   Moreover, the result of having evaluated the sensor characteristic of the samples 1 and 2 by changing hydrogen concentration is shown in FIG. The resistance of the sample 1 (in the figure: white circle data) in which palladium and platinum are sequentially supported and the sample 2 in which palladium and platinum are simultaneously supported (in the figure: black circle data) are more stable than the thin film alone. Change in value was shown. In addition, the hydrogen concentration was saturated at 50% as before, and thereafter the lower limit value of the resistance value coincided. After the hydrogen concentration of 30%, both samples show almost the same change in resistance value. However, at the concentration of 10%, the response of the sample 1 was improved compared to the sample 2.

更に、水素濃度3%から15%の範囲での試料1,2のセンサ特性を評価した結果を図4に示す。どちらの試料においても良好なセンサ特性が得られた。水素濃度に比例して抵抗値が減少し、その後もある一定値で抵抗値が一定となった。また、空気流通時も初期抵抗値まで抵抗値が回復し、そこで一定となっている様子が観察できた。特に低濃度においては、試料2(図中:黒丸データ)では抵抗値が5分間では下がり切らず、一定値となる前に空気流通時の抵抗値の回復が始まっていたのに対し、試料1(図中:白丸データ)では水素濃度3%においても抵抗値が一定となった。濃度8%以降はどちらの試料の抵抗値変化もほぼ同じになっていることから、白金を担持することで、低濃度側のセンサ特性が向上した結果が得られた。   Furthermore, the results of evaluating the sensor characteristics of Samples 1 and 2 in the hydrogen concentration range of 3% to 15% are shown in FIG. Good sensor characteristics were obtained in both samples. The resistance value decreased in proportion to the hydrogen concentration, and thereafter the resistance value became constant at a certain constant value. In addition, the resistance value recovered to the initial resistance value even during air circulation, and it was observed that the resistance value was constant there. In particular, at the low concentration, the resistance value of Sample 2 (black circle data in the figure) did not fall completely in 5 minutes, and the recovery of the resistance value during air circulation started before reaching a constant value, whereas Sample 1 In the figure (white circle data), the resistance value was constant even at a hydrogen concentration of 3%. Since the change in the resistance value of both samples is almost the same after the concentration of 8%, the result of improving the sensor characteristics on the low concentration side by supporting platinum was obtained.

試料1と試料3のセンサ特性を評価した結果を図5に示す。この結果より、特に低濃度の3%,5%において、試料1(図中:白丸データ)が水素に対するレスポンスが早く、抵抗値変化幅も大きくなっており、良好なセンサ特性を示した。このことから、白金をパラジウムに担持することにより、低濃度側のセンサ特性が向上していることが示された。   The results of evaluating the sensor characteristics of Sample 1 and Sample 3 are shown in FIG. From this result, particularly at low concentrations of 3% and 5%, Sample 1 (in the figure: white circle data) has a quick response to hydrogen and a large resistance value variation range, and shows good sensor characteristics. From this, it was shown that the sensor characteristics on the low concentration side were improved by supporting platinum on palladium.

[参考例1,2]
パラジウムと白金をそれぞれ単独で担持させた試料のセンサ特性を図6,7に示す。
図6は、パラジウム含有電着溶液の濃度と、紫外線照射時間(電着時間)をそれぞれ変化させて試料を作成し、センサ特性を評価した結果を示した図である。これより抵抗値は空気希釈水素ガス流通時に低下したが、水素濃度50%以上ではどの試料の抵抗値変化も同じとなっていた。また抵抗値が安定するまでにかなりの時間を要することが示された。
[Reference Examples 1 and 2]
Sensor characteristics of a sample in which palladium and platinum are supported alone are shown in FIGS.
FIG. 6 is a diagram showing the results of evaluating the sensor characteristics by preparing samples by changing the concentration of the palladium-containing electrodeposition solution and the ultraviolet irradiation time (electrodeposition time). From this, the resistance value decreased during the flow of air diluted hydrogen gas, but the resistance value change of any sample was the same at a hydrogen concentration of 50% or more. It was also shown that it took a considerable time for the resistance value to stabilize.

また、図7は、白金含有電着溶液の濃度を一定(40ppm)にし、紫外線照射時間(電着時間)を変化させて試料を作成してセンサ特性を評価した結果を示した図である。紫外光照射時間(担持時間)15分、30分どちらの試料においても、Pdの時と同様に空気希釈水素ガス流通で抵抗値が減少し、その後空気を流通させることで初期抵抗値にまで回復した。また、照射15分では水素濃度30%まで、照射30分では50%まで抵抗値変化の濃度依存性が確認できた。抵抗値の変化はPd担持と同様に比較的安定しているため、白金を担持させることでTiO薄膜のみに比べセンサ特性は向上しているといえる。また、どちらの照射時間のデータも水素濃度50%以降の抵抗値の下限値が次第に上昇している様子が観察できた。 FIG. 7 is a view showing the results of evaluating the sensor characteristics by preparing a sample by changing the concentration of the platinum-containing electrodeposition solution (40 ppm) and changing the ultraviolet irradiation time (electrodeposition time). Ultraviolet light irradiation time (loading time) 15 minutes and 30 minutes, both in the case of Pd, the resistance value decreases with air diluted hydrogen gas flow, and then recovers to the initial resistance value by circulating air did. Moreover, the concentration dependence of the resistance value change was confirmed up to 30% in the irradiation 15 minutes and up to 50% in the irradiation 30 minutes. Since the change in the resistance value is relatively stable as in the case of carrying Pd, it can be said that the sensor characteristics are improved by carrying platinum as compared with the TiO 2 thin film alone. Moreover, it was observed that the lower limit value of the resistance value after 50% of the hydrogen concentration gradually increased in both irradiation time data.

本発明に係るガス検出用素子の断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing of the element for gas detection which concerns on this invention. 実施例及び比較例の試料のガス応答性を示す図である。It is a figure which shows the gas responsiveness of the sample of an Example and a comparative example. 実施例及び比較例の試料のガス応答性を示す図である。It is a figure which shows the gas responsiveness of the sample of an Example and a comparative example. 実施例及び比較例の試料のガス応答性を示す図である。It is a figure which shows the gas responsiveness of the sample of an Example and a comparative example. 実施例及び比較例の試料のガス応答性を示す図である。It is a figure which shows the gas responsiveness of the sample of an Example and a comparative example. 参考例の試料のガス応答性を示す図である。It is a figure which shows the gas responsiveness of the sample of a reference example. 参考例の試料のガス応答性を示す図である。It is a figure which shows the gas responsiveness of the sample of a reference example.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガス検出用素子
10 基板
20 薄膜
30 金属層
1 Gas detection element 10 Substrate 20 Thin film 30 Metal layer

Claims (10)

基板上に設けられる導体又は半導体からなる薄膜上に、水素吸蔵能及び/又は水素放出能の異なる2種類以上の金属を含む金属層が設けられているガス検出用素子。   A gas detection element in which a metal layer containing two or more kinds of metals having different hydrogen storage capabilities and / or hydrogen release capabilities is provided on a thin film made of a conductor or a semiconductor provided on a substrate. 前記2種類以上の金属は、白金又はその合金と、パラジウム又はその合金と、の組み合わせである請求項1に記載のガス検出用素子。   The element for gas detection according to claim 1, wherein the two or more kinds of metals are a combination of platinum or an alloy thereof and palladium or an alloy thereof. 前記白金又はその合金は、主として前記パラジウム又はその合金上に担持されている請求項1又は2に記載のガス検出用素子。   The gas detection element according to claim 1, wherein the platinum or an alloy thereof is supported mainly on the palladium or an alloy thereof. 前記薄膜は、光触媒作用を奏する薄膜である請求項1から3いずれかに記載のガス検出用素子。   The gas detection element according to claim 1, wherein the thin film is a thin film having a photocatalytic action. 前記薄膜は、酸化チタン薄膜である請求項1から4いずれかに記載のガス検出用素子。   The gas detection element according to claim 1, wherein the thin film is a titanium oxide thin film. 請求項1から5いずれかに記載のガス検出用素子と、
このガス検出用素子に設けられる一対の電極と、
前記電極間の抵抗値の変化を計測する抵抗計測手段と、を備える水素センサ。
A gas detection element according to any one of claims 1 to 5,
A pair of electrodes provided in the gas detection element;
A hydrogen sensor comprising: a resistance measuring unit that measures a change in resistance value between the electrodes.
前記ガス検出用素子を構成する前記基板の熱容量は、定圧比熱容量で0.4J・K−1・g−1から1.8J・K−1・g−1である請求項6に記載の水素センサ。 Heat capacity of the substrate constituting the gas sensing element, hydrogen according to claim 6 at a constant pressure specific heat capacity from 0.4J · K -1 · g -1 is 1.8J · K -1 · g -1 Sensor. 前記基板は、前記薄膜と接している面と反対側の面に、熱容量を調整する熱容量調整手段を有する請求項6又は7記載の水素センサ。   The hydrogen sensor according to claim 6 or 7, wherein the substrate has a heat capacity adjusting means for adjusting a heat capacity on a surface opposite to a surface in contact with the thin film. 基板上に設けられる導体又は半導体からなる薄膜上に、白金又はその合金と、パラジウム又はその合金と、を担持させる工程とを有するガス検出用素子の製造方法。   A method for producing an element for gas detection, comprising a step of supporting platinum or an alloy thereof and palladium or an alloy thereof on a thin film made of a conductor or a semiconductor provided on a substrate. 前記薄膜は、前記金属の担持を促進させる光触媒作用を奏する薄膜である請求項9に記載のガス検出用素子。
The gas detection element according to claim 9, wherein the thin film is a thin film having a photocatalytic action that promotes the loading of the metal.
JP2006066727A 2006-03-10 2006-03-10 Gas detecting element, hydrogen sensor, and manufacturing method for gas detecting element Pending JP2007240462A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006066727A JP2007240462A (en) 2006-03-10 2006-03-10 Gas detecting element, hydrogen sensor, and manufacturing method for gas detecting element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006066727A JP2007240462A (en) 2006-03-10 2006-03-10 Gas detecting element, hydrogen sensor, and manufacturing method for gas detecting element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007240462A true JP2007240462A (en) 2007-09-20

Family

ID=38586133

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006066727A Pending JP2007240462A (en) 2006-03-10 2006-03-10 Gas detecting element, hydrogen sensor, and manufacturing method for gas detecting element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007240462A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180091537A (en) * 2017-02-07 2018-08-16 (주) 월드테크 Gas sensor
CN111351823A (en) * 2020-04-20 2020-06-30 中国电子科技集团公司第四十八研究所 Preparation method and application of hydrogen sensitive core
CN111595825A (en) * 2019-02-20 2020-08-28 国立大学法人横浜国立大学 Nanostructure array, hydrogen detection element, and hydrogen detection device

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6246247A (en) * 1985-08-23 1987-02-28 Matsushita Electric Works Ltd Gas sensor
JPS6378058A (en) * 1986-09-19 1988-04-08 Matsushita Electric Works Ltd Gas sensor
JPS6381255A (en) * 1986-09-25 1988-04-12 Matsushita Electric Works Ltd Gas sensor
JPS63158445A (en) * 1986-12-23 1988-07-01 Matsushita Electric Works Ltd Gas sensor
JPS63262548A (en) * 1987-04-20 1988-10-28 Matsushita Electric Works Ltd Manufacture of gas sensor element
JPH03100450A (en) * 1989-09-14 1991-04-25 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor
JPH03259736A (en) * 1990-03-09 1991-11-19 Kurabe Ind Co Ltd Gaseous hydrogen detecting element
JPH06180299A (en) * 1992-12-15 1994-06-28 Fuji Electric Co Ltd Thin film gas sensor and manufacture thereof
JPH07128268A (en) * 1993-10-28 1995-05-19 Fuji Electric Co Ltd Hydrogen gas sensor
JPH09145655A (en) * 1995-10-16 1997-06-06 General Motors Corp <Gm> Hydrogen sensor
JP2002221506A (en) * 2001-01-25 2002-08-09 Osaka Gas Co Ltd Thin film gas sensor
JP2005017182A (en) * 2003-06-27 2005-01-20 Osaka Gas Co Ltd Thin film gas sensor and method for manufacturing the same
JP2005214933A (en) * 2004-02-02 2005-08-11 Shimadzu Corp Hydrogen sensor
JP2006300585A (en) * 2005-04-18 2006-11-02 Alps Electric Co Ltd Hydrogen sensor and hydrogen detecting method

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6246247A (en) * 1985-08-23 1987-02-28 Matsushita Electric Works Ltd Gas sensor
JPS6378058A (en) * 1986-09-19 1988-04-08 Matsushita Electric Works Ltd Gas sensor
JPS6381255A (en) * 1986-09-25 1988-04-12 Matsushita Electric Works Ltd Gas sensor
JPS63158445A (en) * 1986-12-23 1988-07-01 Matsushita Electric Works Ltd Gas sensor
JPS63262548A (en) * 1987-04-20 1988-10-28 Matsushita Electric Works Ltd Manufacture of gas sensor element
JPH03100450A (en) * 1989-09-14 1991-04-25 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor
JPH03259736A (en) * 1990-03-09 1991-11-19 Kurabe Ind Co Ltd Gaseous hydrogen detecting element
JPH06180299A (en) * 1992-12-15 1994-06-28 Fuji Electric Co Ltd Thin film gas sensor and manufacture thereof
JPH07128268A (en) * 1993-10-28 1995-05-19 Fuji Electric Co Ltd Hydrogen gas sensor
JPH09145655A (en) * 1995-10-16 1997-06-06 General Motors Corp <Gm> Hydrogen sensor
JP2002221506A (en) * 2001-01-25 2002-08-09 Osaka Gas Co Ltd Thin film gas sensor
JP2005017182A (en) * 2003-06-27 2005-01-20 Osaka Gas Co Ltd Thin film gas sensor and method for manufacturing the same
JP2005214933A (en) * 2004-02-02 2005-08-11 Shimadzu Corp Hydrogen sensor
JP2006300585A (en) * 2005-04-18 2006-11-02 Alps Electric Co Ltd Hydrogen sensor and hydrogen detecting method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180091537A (en) * 2017-02-07 2018-08-16 (주) 월드테크 Gas sensor
KR101990121B1 (en) 2017-02-07 2019-06-19 (주) 월드테크 Gas sensor
CN111595825A (en) * 2019-02-20 2020-08-28 国立大学法人横浜国立大学 Nanostructure array, hydrogen detection element, and hydrogen detection device
CN111351823A (en) * 2020-04-20 2020-06-30 中国电子科技集团公司第四十八研究所 Preparation method and application of hydrogen sensitive core

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lim et al. A Transparent Nanopatterned Chemiresistor: Visible‐Light Plasmonic Sensor for Trace‐Level NO2 Detection at Room Temperature
Kaur et al. Highly sensitive NO2 sensor based on ZnO nanostructured thin film prepared by SILAR technique
JP2016075661A (en) Hydrogen detection coloring sensor
CN113061839B (en) Preparation method of resistance type nano-structure hydrogen sensor
US20130202489A1 (en) Gas sensor with a highly porous structure constructed of catalyst-capped metal-oxide nanoclusters
JP2006201100A (en) Hydrogen gas detection sensor
JP2007240462A (en) Gas detecting element, hydrogen sensor, and manufacturing method for gas detecting element
Chou et al. Oxygen sensor utilizing ultraviolet irradiation assisted ZnO nanorods under low operation temperature
CN111656172A (en) Alumina doped metal oxide gas sensor
JP4915648B2 (en) Hydrogen detection element
JP7158680B2 (en) gas sensor
Vasiliev et al. Sensors based on technology “nano-on-micro” for wireless instruments preventing ecological and industrial catastrophes
KR20110050045A (en) Gas sensor having catalyst layer and method for operating the same
JP2010071700A (en) Gas detecting element, and gas detecting sensor having the same
JPH07128268A (en) Hydrogen gas sensor
Abbas et al. Characteristics of MEH-PPV/Si and MEH-PPV/PS heterojunctions as NO 2 gas sensors
JP2017223593A (en) Hydrogen gas sensor
KR20080052249A (en) Metal-oxide-semiconductor chemical sensor and its fabrication method
JP2011075421A (en) Gas sensing element and gas sensor
JP2017161271A (en) Hydrogen gas sensor
JP2007212231A (en) Doping method by light irradiation
JP4129103B2 (en) Dye-coupled electrode for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell using the same
JP2004061306A (en) Manufacturing method of gas sensor
RU2426193C1 (en) Method of depositing platinum layers onto substrate
JP5176236B2 (en) Hydrogen gas sensor and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090306

A521 Written amendment

Effective date: 20090930

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110426

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20110510

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Effective date: 20110622

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20110719

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20111115