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

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。

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。