酸素イオン導電性セラミック薄膜を用いた高感度pHセンサーの開発

采用氧离子导电陶瓷薄膜的高灵敏度pH传感器的开发

• 批准号: 08229241
• 负责人: 杉江 他曽宏
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Himeji Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08229241/
• 关键词: pHセンサー; スパッタリング; 酸素イオン導電体; セラミックス; CeO_2-Y_2O_3薄膜

湿性腐食における環境側因子には,その化学組成・濃度・温度等が考えられるが,その内で環境のpHを知ることは腐食問題を解決するための重要な因子の1つである.しかし,常温から高温・高圧の腐食環境で安定なpHセンサーはない.本研究は酸素イオン導電性セラミックス薄膜と金属とその酸化物からなる酸化-還元対を組み合わせて固体薄膜型pHセンサを作成し,腐食環境のpHをモニタすることにより,装置材料の寿命予測を可能にすることを目的とした.このようなセンサに適する欠陥の少ないCeO_2-Y_2O_3薄膜の作製条件の最適化及び,MgO基板表面の改善,スパッタダウン方式による均質で欠陥の少ない薄膜の合成,さらに、薄膜の析出構造の変更とセンサー構造の検討について実験を行い以下の結論を得た.1) MgO基板の表面状態に及ぼすスパッタ薄膜の効果を考慮し,基板のリン酸溶液中でのエッチングを試み最適エッチング条件を見つけた.2)単独および多層薄膜作製時のガス圧、ガス組成などの最適条件を決定した.3)作製したpH電極の応答性は,高配向性結晶薄膜では,僅かな電位変化を示すのみであった.これはMgOを溶解して自立薄膜を得る際に,残留応力により皮膜に亀裂が生じたためと考える.一方,低結晶性薄膜を用いて作製したpH電極は,pH5〜13の領域で-54mV/pHの勾配を持つ応答性を示した.しかしながら,pH5以下ではほとんどpH応答を示さなかった.これについても,同様にCeO_2-Y_2O_3皮膜の欠陥によるものと考えられるが,現在のところ明確ではない.

The environmental side factors of wet scavenging include chemical composition, concentration, temperature, etc. Normal temperature, high temperature, high pressure, corrosive environment, stable pH, temperature, humidity. This study is aimed at the preparation of a solid film type pH control system for the purpose of determining the pH of a corrosive environment and the possibility of life prediction of device materials. In this paper, the optimization of the fabrication conditions of CeO_2-Y_2O_3 thin films, the improvement of MgO substrate surface, the synthesis of homogeneous CeO_2-Y_2O_3 thin films, the change of thin film precipitation structure and the study of MgO substrate structure are discussed. 2) Determine the optimum conditions for the pressure and composition of the single-layer and multi-layer thin films. 3) Determine the responsivity of the pH electrode for the preparation of the high-alignment crystalline thin films. When MgO is dissolved, the residual force is reduced. On the other hand, low crystallinity thin films are prepared with pH electrodes,pH5 ~ 13 in the region of-54mV/pH and coordination is maintained. The pH value below 5 is below 5. The CeO_2-Y_2O_3 film was formed in the same way as the CeO_2-Y_2O_3 film.