極低濃度窒素酸化物検出用としての固体電解質型高性能ガスセンサの開発

开发用于检测极低浓度氮氧化物的固体电解质型高性能气体传感器

• 批准号: 05650830
• 负责人: 三浦 則雄
• 金额: $ 0.96万
• 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: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05650830/
• 关键词: 窒素酸化物; ガスセンサ; 固体電解質; 環境汚染

燃焼炉や自動車等から排出されるNOxは大気汚染の原因物質の一つであり、この濃度を簡便、迅速で精度よく検知できる高性能な全固体型NOxセンサの開発が急務となっている。本研究では、特に固体電解質センサの検知極用補助相材料に工夫を加えることにより、応答特性の大幅な改善を目指した。その結果、Naイオン導伝体であるNASICONとBa(NO_3)_2-NaNO_3からなる2成分系硝酸塩を組合わせることによりNaNO_3単独塩を用いた場合よりも応答速度が大幅に改善されることを見出した。また、作動上限温度を250℃から450℃に上昇させることができた。これはBa(NO_3)_2の融点が高いことに起因している。さらに、2成分系では組成を適当に選択することにより、水蒸気の妨害を全くなくすこともできた。一方、従来の硝酸塩系にかわって亜硝酸塩(NaNO_2)を補助相とすることにより、空気中の低濃度NO(約1ppm)の検知が可能なことを初めて見出した。この素子ではNaNO_3の場合と比較して、より低濃度のNO_2の迅速な検知も可能なことがわかった。さらにNaNO_2に炭酸塩を加えたNaNO_2-M_2CO_3(M=Na,Li)2成分系補助相を用いることにより、CO_2、O_2、水蒸気の影響を全く受けずに、5ppbまでの極低濃度NO_2の検知が可能なことを見出した。都市の大気環境中のNO_2濃度は数十ppbといわれることより、本素子を用いれば大気中NO_2濃度を直接検知できる可能性がある。なお、固体電解質としては、主にNa^+導電体を用いたが、Ba^<2+>、F^-、O^<2->などの他のイオン導電体の使用も可能であり、本タイプの素子ではセンサ材料の組合わせの自由度も比較的大きいことがわかった。本センサの検知機構については、従来提案されている検知反応では全く説明できない応答特性が得られることより、過酸化物を介する新しい検知機構を提案した。

Combustion furnace, automatic vehicle, etc. NOx emission is the cause of heavy pollution, the concentration of NOx is simple, rapid, accurate, high-performance, all-solid NOx emission development is urgent. This study aims to increase the time required for the preparation of auxiliary phase materials for electrode applications, especially solid electrolytes, and to significantly improve the performance of the electrolyte. As a result, NASICON and Ba(NO_3)_2-NaNO_3-NaNO_3-NaNO_ The upper limit of actuation temperature is 250℃ and 450℃. The melting point of Ba(NO_3)_2 is high. The composition of the two components is selected appropriately. A new nitric acid system was developed to detect the presence of nitric acid (NaNO_2) at low concentrations (about 1ppm) in the atmosphere. The rapid detection of NO_2 at low concentrations is possible in comparison with NaNO_3. In addition, NaNO_2-M_2CO_3(M=Na,Li)_2 is the auxiliary phase of NaNO_2-M_2CO_3(M=Na,Li)_2 system. The effects of CO_2, O_2 and water vapor are all affected. The possibility of NO_2 with very low concentration of 5ppb is also shown. NO_2 concentrations in urban environments vary from tens of ppb to 100 ppb. It is possible to directly detect NO_2 concentrations in urban environments. The use of solid electrolyte and main Na^+ conductor can be compared with the use of Ba^&lt;2+&gt;, F^-, O^+ and other electric conductors<2->. This article describes the characteristics of the detection mechanism, and proposes a new detection mechanism.

项目成果

N.Miura: "New Auxiliary Sensing Materials for Solid Electrolyte NO_2 Sensors" Solid State Ionics. (印刷中). (1994)

N.Miura：“固体电解质 NO_2 传感器的新型辅助传感材料”固态离子学（正在出版）。

N.Miura: "Development of High-Performance Solid-Electrolyte Sensors for NO and NO_2" Sensors and Actuators B. 13. 387-390 (1993)

N.Miura：“NO 和 NO_2 高性能固体电解质传感器的开发”传感器和执行器 B.13.387-390 (1993)

S.Yao: "Solid Electrolyte NO_2 Sensor Fitted with Auxiliary Phase of Sodium Nitrite-Alkali Carbonate Mixture" Proc.Symp.on Chem.Sensors. 400-406 (1993)

S.Yao：“配备亚硝酸钠-碱金属碳酸盐混合物辅助相的固体电解质NO_2传感器”Proc.Symp.on Chem.Sensors。

S.Yao: "Influence of Oxigen on Detection of Nitrogen Oxides with Solid Electrolyte Sensor Using NaNO_3" Chemistry Letters. 1993. 193-196 (1993)

S.Yao：“氧气对使用 NaNO_3 的固体电解质传感器检测氮氧化物的影响”化学快报。

S.Yao: "High Performance Solid Electrolyte NO_2 Sensor Using Auxiliary Phase of Nitrite-Carbonate Mixture" Denki Kagaku. 61. 903-904 (1993)

S.Yao：“使用亚硝酸盐-碳酸盐混合物辅助相的高性能固体电解质NO_2传感器”Denki Kagaku。