排ガス監視用高性能マルチアレイ車載センタの開発

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自動車排ガス中の大気汚染物質を低減させるために、自動車排ガス処理システムを制御および監視できるセンサが望まれている。本研究では、検知極材料の探索およびその構造を検討することにより、自動車排ガス中の窒素酸化物(NOx)、炭化水素(HC)およびアンモニア(NH_3)を高感度かつ選択的に検知できる検知極を見出し、これらのガスを同時検出可能な車載用YSZ系マルチアレイセンサの研究を進め、本年度は以下のような成果を得た。1)NH_3センサの応答特性:新たに見出したNiO/Au系積層型検知極素子の応答特性を調べたところ、20〜100ppmの濃度範囲でNH_3を高感度、高選択的に検知できることがわかった。また、NH_3感度は共存する水蒸気の影響をほとんど受けず、作動させた約2ヶ月間安定であることがわかった。2)Ni-Co系検知極の検討:高温でNO_2を検知できることを見出しているNiO検知極のさらなる特性改善を目指して検討した。その結果、Ni_<1-x>Co_xO固溶体検知極が800℃において、固溶体組成によってNO_2を高感度または高選択的に検知できることがわかった。これは、気相触媒活性や電気化学反応活性を制御できたためであると考えられる。3)トータルHC濃度の測定:Zn系酸化物を検知極に用いたセンサ素子を作製し、そのガス応答特性について評価したところ、ZnCr_2O_4検知極が作動温度550℃においてHCに対して選択的に応答した。この時、ガス感度は共存するCO_2、水蒸気および酸素の各濃度変化にほとんど影響されずに安定に作動した。また、種々のHCに対する感度は炭素数に比例し、数種類のHCを混合したガスに対する感度がトータルHC濃度に比例した。さらに、検知極にYSZ厚膜層を付加して積層構造とすることで、応答特性が大幅に改善されることがわかった。