[发明专利]气体传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器及其制造方法。更具体地，本发明涉及平衡电势气体传感器(equilibrium potential gas sensor)及其制造方法，所述气体传感器使用能够在低温下高性能地并且没有经时劣化(aged deterioration)地测量大气下的二氧化碳(CO₂)等浓度的固体电解质。

背景技术

为了测量大气下的二氧化碳(CO₂)等浓度，提出了具有通过固体电解质设置的检测极(sensing pole)(工作电极)和基准极(参照电极)的气体传感器。这是通过检测极和基准极(reference pole)之间产生的电动势(eletromotiveforce)测量气体浓度的平衡电势气体传感器，所述电动势的量随着溶解到检测极中的气体量而变化。关于这种气体传感器，分别对于检测极、基准极和固体电解质已经提出了各种类型的优选材料和结构。

例如，已知由离子型导体构成的固体电解质，例如钠离子型导体NASICON(Na₃Zr₂Si₂PO₁₂)或Na-β-Al₂O₃，氧离子型导体YSZ(添加Y₂O₃的ZrO₂)，或PbSnO₄，或氟离子型导体LaF₃。

也试图形成这种固体电解质的薄膜。例如，特公平7-85071号公报(1995年，专利文献1)公开了通过在致密的不透性陶瓷基板上按照如下顺序堆积基准极、膜状固体电解质(固体电解质膜)和检测极而形成的薄膜二氧化碳传感器。对于固体电解质膜，使用氧离子型导体。

也提出了锂离子型导体作为氧离子型导体的材料，例如公开了使用下述物质的致密烧结体的固体电解质：Li_4-0.5XTi_5-XAl_1.5XO₁₂和Li_4-2XTi_5-XMg_3XO₁₂(特开平2001-83116号公报)(专利文献2)和特开平8-189915号公报(1996)(专利文献3))、LiTi₂O₄(特开平2002-357586号公报(专利文献4))、LiLa₉(SiO₄)₆O₂(特开平2000-235017号公报(专利文献5))、Li_1+X+YM_XTi_2-XSi_YP_3-YO₁₂(M＝Al或Ga)(特许第3012211号(专利文献6))和Li₂ZrSi₆O₁₅(特开平2001-221771号公报(专利文献7))。

例如公开了使用Na_XCoO₂的基准极，也公开了使用这种基准极以及NASICON的固体电解质和复合物的检测极的二氧化碳传感器，所述复合物通过向ITO(氧化铟锡)中加入Li₂CO₃和BaCO₃的混合物来制备(Electrochemistry，Vol.71，No.6，pp.496-502(2003)(非专利文献1))。

同样地对于检测极(工作电极)，公开了各种技术，例如下述技术，提供具有不同电子导电性(electronic conductive)物质混合比的两层，规定具有固体电解质离解平衡的金属盐和电子导电性物质之间的混合比，并设定检测极的厚度不大于20μm(特许第3256618号(专利文献8))。

但是，大部分通常已知的气体传感器为了操作必须加热到约400～500℃。因此，期望开发在不大于200℃的低温下，特别是在室温(25℃)下良好操作的气体传感器。

例如，对于在室温下操作的传感器，报道了使用氧化锡的检测极和Na_XCoO₂的基准极的二氧化碳传感器。但是，这种气体传感器通常需要水来检测二氧化碳，并且不利地被湿度影响。