氣體傳感器用的電極及使用了該電極的氣體傳感器元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對被測定氣體中的特定氣體濃度進行檢測的氣體傳感器元件所具備的設(shè)置于氧離子傳導性固體電解質(zhì)體上的氣體傳感器用的電極及使用了該電極的氣體傳感器元件。
【背景技術(shù)】
[0002]一直以來已知具備有配設(shè)于汽車的內(nèi)燃機的排氣管等中的、用于對被測定氣體中的特定氣體濃度進行檢測的氣體傳感器元件的氣體傳感器。具體地說，例如有對排氣中的氧濃度進行檢測的空燃比傳感器、氧傳感器等。作為氣體傳感器元件，例如有具備氧離子傳導性的固體電解質(zhì)體、設(shè)于該固體電解質(zhì)體上的被測定氣體側(cè)電極及標準氣體側(cè)電極等的元件。
[0003]氣體傳感器元件中，對形成于固體電解質(zhì)體上的被測定氣體側(cè)電極要求兼顧對固體電解質(zhì)體的密合性和導電性。因此，專利文獻I中公開了由導電性優(yōu)異的貴金屬的鉑(以下適當稱作Pt)和作為與固體電解質(zhì)體同質(zhì)材料的具有氧離子傳導性的固體電解質(zhì)的氧化釔穩(wěn)定化氧化鋯(以下適當稱作YSZ)所構(gòu)成的氣體傳感器用電極。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開平10-26603號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0008]上述專利文獻I等的現(xiàn)有氣體傳感器用電極在利用掃描型電子顯微鏡(以下適當稱作SEM)對其截面進行觀察時，如圖7?圖9所示，處于由貴金屬的Pt構(gòu)成的貴金屬區(qū)域921和由固體電解質(zhì)的YSZ構(gòu)成的固體電解質(zhì)區(qū)域922在相當于兩者邊界部的界面920處被清楚地二分化的狀態(tài)。這里，在電極中，電極部分(Pt)與固體電解質(zhì)部分(YSZ)與被測定氣體(氣相)的三相界面成為將被測定氣體中的分子(氧分子)變換成離子(氧離子)的反應(yīng)所發(fā)生的反應(yīng)點。
[0009]但是，在這些圖所示的電極的結(jié)構(gòu)中，成為上述反應(yīng)點的三相界面僅存在于貴金屬區(qū)域921與固體電解質(zhì)區(qū)域922的界面920處，無法說該三相界面是充分地存在的。即，無法說將被測定氣體中的分子(氧分子)變換成離子(氧離子)的效率是充分的。因此，有電極電阻(電極界面電阻)增大、傳感器輸出功率的不均增大的危險。另外，圖8、圖9(倍率:3萬倍)是將圖7(倍率:1萬倍)中所示的a部分、b部分分別放大進行觀察的圖。
[0010]本發(fā)明鑒于該背景而作出，其目的在于要提供能夠謀求傳感器輸出功率的穩(wěn)定化的氣體傳感器用的電極及使用了該電極的氣體傳感器元件。
[0011]用于解決課題的方法
[0012]本發(fā)明的一個方式是一種氣體傳感器用的電極，其為對被測定氣體中的特定氣體濃度進行檢測的氣體傳感器元件所具備的、設(shè)于氧離子傳導性固體電解質(zhì)體上的氣體傳感器用的電極，其特征在于，其含有貴金屬和固體電解質(zhì)而成，且在上述電極的截面上形成有由上述貴金屬構(gòu)成的貴金屬區(qū)域、由上述固體電解質(zhì)構(gòu)成的固體電解質(zhì)區(qū)域和上述貴金屬與上述固體電解質(zhì)混在而成的混在區(qū)域，該混在區(qū)域沿著上述貴金屬區(qū)域與上述固體電解質(zhì)區(qū)域的邊界部形成。
[0013]本發(fā)明的另一方式在于一種氣體傳感器元件，其特征在于，其具備氧離子傳導性的固體電解質(zhì)體、和分別設(shè)置在該固體電解質(zhì)體的一個表面及另一個表面上的被測定氣體側(cè)電極及標準氣體側(cè)電極，上述被測定氣體側(cè)電極是上述本發(fā)明一個方式的氣體傳感器用的電極。
[0014]發(fā)明效果
[0015]上述氣體傳感器用的電極含有貴金屬和固體電解質(zhì)而成。而且，在對上述電極的截面進行觀察時，具有由貴金屬構(gòu)成的貴金屬區(qū)域、由固體電解質(zhì)構(gòu)成的固體電解質(zhì)區(qū)域和貴金屬與固體電解質(zhì)混在而成的混在區(qū)域。即，上述電極通過具有貴金屬與固體電解質(zhì)混在而成的混在區(qū)域，可以充分地增大電極部分(貴金屬)和固體電解質(zhì)部分(固體電解質(zhì))與被測定氣體(氣相)的三相界面。
[0016]因此，可以增多將被測定氣體中的分子變換成離子的反應(yīng)所發(fā)生的反應(yīng)點。S卩，可以提高將被測定氣體中的分子變換成離子的效率。由此，可以減小電極電阻(電極界面電阻)，可以抑制傳感器輸出功率(例如極限電流值IL)的不均。而且，可以謀求傳感器輸出功率的穩(wěn)定化。
[0017]另外，上述電極的混在區(qū)域沿著貴金屬區(qū)域與固體電解質(zhì)區(qū)域的邊界部存在。因此，可以抑制電極電阻的不均、進而傳感器電阻的不均。由此，可以更進一步抑制傳感器輸出功率的不均。而且可以更確實地謀求傳感器輸出功率的穩(wěn)定化。
[0018]上述氣體傳感器元件具備固體電解質(zhì)體和被測定氣體側(cè)電極及標準氣體側(cè)電極。而且，被測定氣體側(cè)電極是上述氣體傳感器用的電極。因此，可以減小被測定氣體側(cè)電極的電極電阻、可以抑制傳感器輸出功率的不均。由此，可以謀求氣體傳感器的傳感器輸出功率的穩(wěn)定化。
[0019]如此，可以提供能夠謀求傳感器輸出功率的穩(wěn)定化的氣體傳感器用的電極及使用了該電極的氣體傳感器元件。
【附圖說明】
[0020]圖1為表示實施例1的氣體傳感器的整體結(jié)構(gòu)的截面說明圖。
[0021]圖2為表示實施例1的氣體傳感器元件的結(jié)構(gòu)的截面說明圖。
[0022]圖3為表示實施例1的氣體傳感器用的電極(被測定氣體側(cè)電極)的截面的SEM照片。
[0023]圖4為放大顯示實施例1的圖3的A部分的SEM照片。
[0024]圖5為放大顯示實施例1的圖3的B部分的SEM照片。
[0025]圖6為表示實施例1的混在區(qū)域的寬度的SEM照片。
[0026]圖7為表示【背景技術(shù)】的氣體傳感器用的電極的截面的SEM照片。
[0027]圖8為放大顯示【背景技術(shù)】的圖7的a部分的SEM照片。
[0028]圖9為放大顯示【背景技術(shù)】的圖7的b部分的SEM照片。
[0029]圖10為表示實施例2的氣體傳感器用的電極的混在區(qū)域的存在范圍與傳感器電阻不均的關(guān)系的說明圖。
[0030]圖11為表示實施例2的氣體傳感器用的電極的混在區(qū)域的存在范圍與傳感器輸出功率不均的關(guān)系的說明圖。
[0031]圖12為表示實施例2的氣體傳感器用的電極的混在區(qū)域的寬度之比與傳感器電阻不均的關(guān)系的說明圖。
[0032]圖13為表示實施例2的氣體傳感器用的電極的混在區(qū)域的寬度之比與傳感器輸出功率不均的關(guān)系的說明圖。
[0033]圖14為表示實施例2的氣體傳感器用的電極的直徑為I μπι的圓形區(qū)域內(nèi)的混在區(qū)域的存在比例與靜電電容比率的關(guān)系的說明圖。
[0034]圖15為表示實施例2的氣體傳感器用的電極的直徑為I μπι的圓形區(qū)域內(nèi)的混在區(qū)域的存在比例與汽缸間失調(diào)的檢測精度的關(guān)系的說明圖。
【具體實施方式】
[0035]上述氣體傳感器用的電極例如可以應(yīng)用于用于檢測排氣中的氧濃度的空燃比傳感器或氧傳感器、用于檢測NOx濃度的NOx傳感器、用于檢測氫濃度的氫傳感器等氣體傳感器元件。
[0036]另外，上述氣體傳感器用的電極可以形成在上述氣體傳感器元件的上述固體電解質(zhì)體上來使用。另外，上述固體電解質(zhì)體優(yōu)選由上述氣體傳感器用的電極中所含的上述固體電解質(zhì)構(gòu)成。此時，可以提高氣體傳感器用的電極對固體電解質(zhì)體的密合性。
[0037]另外，上述氣體傳感器用的電極含有貴金屬和固體電解質(zhì)而成。作為上述貴金屬，例如可以使用鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)、金(Au)等。作為上述固體電解質(zhì)，例如可使用具有氧離子傳導性的穩(wěn)定化氧化鋯、部分穩(wěn)定化氧化鋯等。
[0038]另外，上述氣體傳感器用的電極在對其截面進行觀察時，具有貴金屬區(qū)域、固體電解質(zhì)區(qū)域和混在區(qū)域。進而，混在區(qū)域是貴金屬與固體電解質(zhì)混在而成的區(qū)域。具體地說，是指貴金屬與固體電解質(zhì)在以納米水平三維地相互進入的狀態(tài)下發(fā)生接觸，該狀態(tài)下的貴金屬或固體電解質(zhì)的至少一部分形成了分別與處于微米水平的貴金屬(貴金屬區(qū)域)或固體電解質(zhì)(固體電解質(zhì)區(qū)域)連續(xù)的連續(xù)相的區(qū)域。即，混在區(qū)域中的貴金屬與固體電解質(zhì)形成納米共連續(xù)結(jié)構(gòu)。更詳細地說，在混在區(qū)域內(nèi)貴金屬與固體電解質(zhì)在以納米水平三維地相互進入的狀態(tài)下發(fā)生接觸是指在對該區(qū)域的截面進行觀察時，例如直徑為200nm的圓形區(qū)域內(nèi)未被I根連續(xù)的曲線二分成貴金屬和固體電解質(zhì)。此外，上述氣體傳感器用的電極的截面觀察例如可以使用掃描型電子顯微鏡(SEM)等進行。
[0039]另外，對上述氣體傳感器用的電極的截面進行觀察時，上述混在區(qū)域沿著上述貴金屬區(qū)域與上述固體電解質(zhì)區(qū)域的邊界部存在。即，混在區(qū)域在貴金屬區(qū)域與固體電解質(zhì)區(qū)域的邊界部的至少一部分上沿著其邊界部存在。另外，混在區(qū)域優(yōu)選盡量存在于貴金屬區(qū)域與固體電解質(zhì)區(qū)域的整個邊界部上。
[0040]另外，對上述氣體傳感器用的電極的截面進行觀察時，優(yōu)選在上述電極內(nèi)至少存在上述混在區(qū)域形成于上述貴金屬區(qū)域與上述固體電解質(zhì)區(qū)域的整個邊界部上的5 μπι見方的區(qū)域。此時，可以進一步抑制電極電阻的不均、傳感器電阻的不均。由此，可以進一步抑制傳感器輸出功率的不均，可以進一步謀求傳感器輸出功率的穩(wěn)定化。
[0041]這里，“在上述電極內(nèi)至少存在混在區(qū)域沿