DE2005497A1

DE2005497A1 - Gasspürelement

Info

Publication number: DE2005497A1
Application number: DE19702005497
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. P GOIn ist
Original assignee: Taguchi, Naoyoshi, Nagataku, Kobe (Japan)
Priority date: 1969-02-06
Filing date: 1970-02-06
Publication date: 1970-11-05
Also published as: DE2005497B2; US3676820A; FR2033921A5; DE2005497C3; GB1257155A

Description

Taguchi

ΑόοΙπ. Nos. SHO 44-9038
SHO 44-9089

filed: February 6 1969
B199-7O/Sch/ko

iiaoyoshi Taguchi, 1-2, Ikedauemachi, liagataku,

Kobe-shi, Japan

Gasspürelement

l»ie Erfindung betrifft ein Gasspürelement, welches insbesondere Qi.n Halbleitermaterial aufweist, welches Gase adsorbiert und dabei seine elektrische Leitfähigkeit verändert. ί

rhi ist bekannt, daß eine Gruppe von lietalloxidhalbleiter.iLateria-Ii ei· wie SnO₂, ZnO, Jj'e^O,, und TiOp Gase wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Hauch und Alkoholdampf, welche reduzierend wirken, adsorbiert und dabei ihre elektrische Leitfähigkeit vergrößern. Solche Halbleiter werden als η-leitende Halbleiter bezeichnet. Eine andere Gruppe von Metalloxidhalbleitern wie liiO, CrpO,. und CUpO adsorbieren Gase mit oxidierender Wirkung wie Sauerstoff, Chlor und Schwefeldioxid, und vergrößern dabei ihre elektrische Leitfähigkeit. Hierbei handelt es sich um p-leitende Halbleiter. Wenn die η-leitenden bzw. p-leitenden Halbleiter jeweils die bei der anderen Gruppe aufgezählten Gase adsorbieren, also wenn η-leitende Halbleiter oxidierende Gase und p-leitende Halbleiter reduzierende Gase adsorbieren, dann verringert sich ihre elektrische Leitfähigkeit. Eine weitere Gruppe von Metalloxidhalbleitern, wie erhitztes In₂O.,, werden als eigenleitende Halbleiter bezeichnet, deren elektrioche Leitfähigkeit sich-vergrößert, wenn sie Wasserstoff oder Sauerstoff adsorbieren.

000845/1210

bad

-z-

Es sind Gasspürelemente bekannt, bei welchen die vorstehend : erwähnten Metalloxidhalbleitermaterialien verwendet werden. : Jedcxh, besteht der Wunsch, die inderungsgeschwindiglceit der ; Leitfähigkeit zum Zeitpunkt der Adsorbierung der Gase zu vergrößern, da mit der Erhöhung der Änderungsgeschwindigkeit auch der Gebrauchswert dieser Materialien ansteigt.

j Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Verbesserung j der Halbleitergasspürelemente im Sinne einer größeren Empfindlichkeit durch eine Erhöhung 'der leitfähigke.itsänderungsgeschwindigkeit.

Diese Aufgabe wird erxindungsgemäß dadurc.u gelöst, daß das Halbleitermaterial Gold, Goldox.d oder eine sich in GoIa oder oder Goldoxid umwandelnde Goldverbindung enthält. G_emäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird das das Gasspürelement bildende Halbleitermaterial porös ausgebildet und von einem porösen Material umgeben.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schaltung eines Giisspürelementes

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Empfindlichkeiten verschiedener Gasspürelemente gegenüber Butan und

Fig. 3 einen Schnitt durch ein nach der Erfindung ausgebildetes Gasspürelement.

In Figur 1 ist ein Gasspürelement in allgemeiner Form dargestellt. Hierbei sind spulenförmig gewickelte Elektroden 1 und in ein η-leitendes Halbleitermaterial 3, beispielsweise SnOg in einem vorbestimmten Abstand eingebettet. Die Elektrode 1 besteht aus Platindraht mit einem Widerstand von beispielsweise 2 C), und sie wirkt als Heizelement. Dieses Heizelement erhitzt

009845/1210

das Halbleiterelement auf seine Betriebstemperatur zwischen
150 und 35O⁰O, da die vorerwähnten Halbleitermaterialien bei niedrigerer Temperatur, wie Zimmertemperatur, nicht empfirdlich sind. Die Spulenelektrode 1 wird an eine Spannung V. von
beispielsweise 1V gelegt. Ein Anschluß der zweiten Spulenelektrode 3 is"i- über eine Signalverarbeitungsanordnung 4 an eine Spannungsquelle V₂ gelegt. Die Anordnung 4 enthält eine Alarmvorrichtung wie eine Hupe oder Lampe, oder ein Betätigungselement wie ein elektromagnetisches Heiais oder einen kleinen
Motor.

Wenn das Halbleitermaterial SnOp ein reduzierendes Gas adsorbiert, dann erhöht sich seine elektrische leitfähigkeit und
es fließt ein elektrischer Strom zwischen den beiden Elektroden 1 und 2 und durch die Einrichtung 4, welcher dadurch Energie zugeführt wird; die Spannung soll dazu einen ausreichenden
Wert haben.

Die Kurve A in J?igur 2 stellt die der Sigiialverarbeitungseinrichtung 4 zugeführte Spannung über verschiedenen Konzentra- ■ tionen von Butan in Luft dar, wenn der I/iderstcJid der Signalverarbeitun^se.^nrichtung 4 kO und die Spannung V₂ 100 V gewählt wird und wenn das Halbleitermaterial 3 reines SnO₀ ist. Wie ä die Zeichnung erkennen läßt, ist reines SnO₂ gegenüber Butan sehr unempfindlich und läßt sich daher für den praktischen
Aufbau eJ.nes Gasspürelementes der beschriebenen Art nicht verwenden. Dies gilt auch für andere Halbleiter wie ZnO, HiO und j In₀O,.

Es hat sich nun gezeigt, daß ein solches Element außerordentlieh empfindlich wird wenn man ihm Gold oder Goldoxid zufügt. So veranschaulichtdie Kurve B in Figur 2, daß die an der Einrichtung 4 auftretenden Spannung, wenn das Element 0,1 $ Gold enthält, in Luft 10 V und in einer 0,01 $igen Butanatmosphäre 60 V beträgt. Diese Spannungsänderung reicht aus, um die Ein-

009845/1210 _{BAD 0RIG1NAL}

richtung 4 zu betätigen. Die Ursache für die Vergrößerung der Empfindlichkeit des Elementes durch Gold oder Goldoxid l:ann in e:^;ner schwachen Katalysatorwirkung dieses Zusatzes gesucht werden. Einen solchen Effekt erhält man a.uch, wenn der Zusats eine Verbindung ist, welche sich wehrend des Adsorptionsvorganges in Gold oder Goldoxid umwandelt, wie beispielsweise Goldchloried.

Ein anderes Verfahren zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Elementes liegt in einer Vergrößerung seiner Adsorptionsilache. Da man die mechanische Festigkeit.des Elementes üblicherweise so hoch wie möglich machen möchte, sintert man uas Halbleitermaterial im allgemeinen bei hoher Temperatur. Jedoch erfolgt mit der durch die Sinterung erreichten mechanischen Festigkeit proportional eine Verringerung d-jv Adsorptions fläche wegen dei¹ Verscliijiolzun-vserschfiinungen beim Sintern, so dai3 mit zunehmender mechanischer Festigkeit die Empfindlichkeit in unerwünschter Weise ii^ier geringer wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung hält man das Element genügend groß und erhöht seine mechanische Festige.;, t durch eine Umkleidung mit porösem Material. Diese AusiiUu iu;^,sxorrn ist 121 Figur 3 dargestellt. Wiederum sind zwei spulcnförmige Platinelektrodon 11 und 12 entsprechend Figur 1 in gegenseitigem Abstand durch ein Abst ndsstüek 14 wie eine Glasperle getrennt, angeordnet. Der Halbleiterkörper 15 kann wiederum aus SnOp bestehen, welches in der gleichen Menge Paraffin bei hoher Temperatur aufgelöst und mit dem Elektroden 11 und 12 und dem Abstandsstück 14 gemäß der Zeichnung zusammengebaut ist. Anschließend läßt man einen elektrischen Strom durch die Elektroden 11 und 12 zur Erhitzung des Elementes und zum Wegbrennen des Paraffins fließen. Der dabei entstehende Körper wird porös und sehr empfindlich, und seine mechanische Festigkeit wird erfindungsgemäß durch Zufügen eines porösen Überzuges 15 zu diesem Element erhöht. Der Überzug 15 besteht

009845/1210 _BAD

aus porösem Material wie Asbest, Glasfasern oder Zement und Bindemittel wie Alumiiiiumliydroxid.

Zum. Aufbringen des Leerzuges 15 um das Element kann das nachstehende Verfahren angewendet werden, nachdem das SnO,, in erhitzte;.! Paraffin aufgelöst ist und mit den oben beschriebenen Elektroden versehen ist und wieder abgekühlt ist, werden beispielsweise Asbest und die gleiche Iienge ^luminiuiahydroxid iji ..'asrjer veri=i.!-scht und auf das Element aufgebracht. Dann läwt :ia,ii eijiGj. elektrischen Strou durch die Elektroden 11 und 12 fliegen, so <lcxd das ,fesser und das Paraffin verdampfen. Anrjchlieidend w:i.rd die Temperatur zvcc Uiawandlung des Aluminiuja- '

O.. und zur Aushärtung

hyiiroxides Al(OH)₇ in Aluminiumoxid p des Asbestüberzuges erhöht. Das dabei entstehende Element i3t außerordentlich empfindlich gegenüber Gasen und hat eine hohe mechanische Festigkeit, so daß es sich mit guter zuverlässigkeit wiederholt verwenden läßt.

Wenn verhindert werden soll, daß Aluminiumionen in das Element hineinwandern, dann kann man Polyvinylalkohol in einem dünnen PiIm aufbringen, nachdem das Paraffin verdampft ist, jedoch ehe das Asbest aufgebracht wird.

009845/1210

BAD ORIGINAL

Claims

8199-70/Sch/ko

Patentansprüche

_m\J G-asspürelement mit einem Gase adsorbierenden und seine elektrische Leitfähigkeit ändernden Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Gold, Goldoxid oder eine sich beim Herstellungsverfahren des Halbleiters in Gold oder Goldoxid umwandelnde ' Goldverbindung enthält.
2. Gasspürelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Element von einer porösen Umhüllung (15) umgeben ist.
3. Gasspürelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das poröse Material Asbest, Glasfasern oder Zement enthält.
4. Verfahren zur Herstellung eines Gasspürelementes nach den \ vorstehenden Ansprüchen, gekennzeichnet \ durch einen Verfahrensschritt zum Zufügen von Gold, j GoldoxJ.d oder einer sich während des Verfahrens in Gold oder Goldoxid umwandelnden Goldverbindung zu dem Gase adsorbierenden; und seine elektrische Leitfähigkeit ändernden Halbleitermaterial, ι

009845/1210