气体传感器用的电极及使用了该电极的气体传感器元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对被测定气体中的特定气体浓度进行检测的气体传感器元件所具备的设置于氧离子传导性固体电解质体上的气体传感器用的电极及使用了该电极的气体传感器元件。
【背景技术】
[0002]一直以来已知具备有配设于汽车的内燃机的排气管等中的、用于对被测定气体中的特定气体浓度进行检测的气体传感器元件的气体传感器。具体地说，例如有对排气中的氧浓度进行检测的空燃比传感器、氧传感器等。作为气体传感器元件，例如有具备氧离子传导性的固体电解质体、设于该固体电解质体上的被测定气体侧电极及标准气体侧电极等的元件。
[0003]气体传感器元件中，对形成于固体电解质体上的被测定气体侧电极要求兼顾对固体电解质体的密合性和导电性。因此，专利文献I中公开了由导电性优异的贵金属的铂(以下适当称作Pt)和作为与固体电解质体同质材料的具有氧离子传导性的固体电解质的氧化钇稳定化氧化锆(以下适当称作YSZ)所构成的气体传感器用电极。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开平10-26603号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的技术问题
[0008]上述专利文献I等的现有气体传感器用电极在利用扫描型电子显微镜(以下适当称作SEM)对其截面进行观察时，如图7?图9所示，处于由贵金属的Pt构成的贵金属区域921和由固体电解质的YSZ构成的固体电解质区域922在相当于两者边界部的界面920处被清楚地二分化的状态。这里，在电极中，电极部分(Pt)与固体电解质部分(YSZ)与被测定气体(气相)的三相界面成为将被测定气体中的分子(氧分子)变换成离子(氧离子)的反应所发生的反应点。
[0009]但是，在这些图所示的电极的结构中，成为上述反应点的三相界面仅存在于贵金属区域921与固体电解质区域922的界面920处，无法说该三相界面是充分地存在的。即，无法说将被测定气体中的分子(氧分子)变换成离子(氧离子)的效率是充分的。因此，有电极电阻(电极界面电阻)增大、传感器输出功率的不均增大的危险。另外，图8、图9(倍率:3万倍)是将图7(倍率:1万倍)中所示的a部分、b部分分别放大进行观察的图。
[0010]本发明鉴于该背景而作出，其目的在于要提供能够谋求传感器输出功率的稳定化的气体传感器用的电极及使用了该电极的气体传感器元件。
[0011]用于解决课题的方法
[0012]本发明的一个方式是一种气体传感器用的电极，其为对被测定气体中的特定气体浓度进行检测的气体传感器元件所具备的、设于氧离子传导性固体电解质体上的气体传感器用的电极，其特征在于，其含有贵金属和固体电解质而成，且在上述电极的截面上形成有由上述贵金属构成的贵金属区域、由上述固体电解质构成的固体电解质区域和上述贵金属与上述固体电解质混在而成的混在区域，该混在区域沿着上述贵金属区域与上述固体电解质区域的边界部形成。
[0013]本发明的另一方式在于一种气体传感器元件，其特征在于，其具备氧离子传导性的固体电解质体、和分别设置在该固体电解质体的一个表面及另一个表面上的被测定气体侧电极及标准气体侧电极，上述被测定气体侧电极是上述本发明一个方式的气体传感器用的电极。
[0014]发明效果
[0015]上述气体传感器用的电极含有贵金属和固体电解质而成。而且，在对上述电极的截面进行观察时，具有由贵金属构成的贵金属区域、由固体电解质构成的固体电解质区域和贵金属与固体电解质混在而成的混在区域。即，上述电极通过具有贵金属与固体电解质混在而成的混在区域，可以充分地增大电极部分(贵金属)和固体电解质部分(固体电解质)与被测定气体(气相)的三相界面。
[0016]因此，可以增多将被测定气体中的分子变换成离子的反应所发生的反应点。S卩，可以提高将被测定气体中的分子变换成离子的效率。由此，可以减小电极电阻(电极界面电阻)，可以抑制传感器输出功率(例如极限电流值IL)的不均。而且，可以谋求传感器输出功率的稳定化。
[0017]另外，上述电极的混在区域沿着贵金属区域与固体电解质区域的边界部存在。因此，可以抑制电极电阻的不均、进而传感器电阻的不均。由此，可以更进一步抑制传感器输出功率的不均。而且可以更确实地谋求传感器输出功率的稳定化。
[0018]上述气体传感器元件具备固体电解质体和被测定气体侧电极及标准气体侧电极。而且，被测定气体侧电极是上述气体传感器用的电极。因此，可以减小被测定气体侧电极的电极电阻、可以抑制传感器输出功率的不均。由此，可以谋求气体传感器的传感器输出功率的稳定化。
[0019]如此，可以提供能够谋求传感器输出功率的稳定化的气体传感器用的电极及使用了该电极的气体传感器元件。
【附图说明】
[0020]图1为表示实施例1的气体传感器的整体结构的截面说明图。
[0021]图2为表示实施例1的气体传感器元件的结构的截面说明图。
[0022]图3为表示实施例1的气体传感器用的电极(被测定气体侧电极)的截面的SEM照片。
[0023]图4为放大显示实施例1的图3的A部分的SEM照片。
[0024]图5为放大显示实施例1的图3的B部分的SEM照片。
[0025]图6为表示实施例1的混在区域的宽度的SEM照片。
[0026]图7为表示【背景技术】的气体传感器用的电极的截面的SEM照片。
[0027]图8为放大显示【背景技术】的图7的a部分的SEM照片。
[0028]图9为放大显示【背景技术】的图7的b部分的SEM照片。
[0029]图10为表示实施例2的气体传感器用的电极的混在区域的存在范围与传感器电阻不均的关系的说明图。
[0030]图11为表示实施例2的气体传感器用的电极的混在区域的存在范围与传感器输出功率不均的关系的说明图。
[0031]图12为表示实施例2的气体传感器用的电极的混在区域的宽度之比与传感器电阻不均的关系的说明图。
[0032]图13为表示实施例2的气体传感器用的电极的混在区域的宽度之比与传感器输出功率不均的关系的说明图。
[0033]图14为表示实施例2的气体传感器用的电极的直径为I μπι的圆形区域内的混在区域的存在比例与静电电容比率的关系的说明图。
[0034]图15为表示实施例2的气体传感器用的电极的直径为I μπι的圆形区域内的混在区域的存在比例与汽缸间失调的检测精度的关系的说明图。
【具体实施方式】
[0035]上述气体传感器用的电极例如可以应用于用于检测排气中的氧浓度的空燃比传感器或氧传感器、用于检测NOx浓度的NOx传感器、用于检测氢浓度的氢传感器等气体传感器元件。
[0036]另外，上述气体传感器用的电极可以形成在上述气体传感器元件的上述固体电解质体上来使用。另外，上述固体电解质体优选由上述气体传感器用的电极中所含的上述固体电解质构成。此时，可以提高气体传感器用的电极对固体电解质体的密合性。
[0037]另外，上述气体传感器用的电极含有贵金属和固体电解质而成。作为上述贵金属，例如可以使用铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、金(Au)等。作为上述固体电解质，例如可使用具有氧离子传导性的稳定化氧化锆、部分稳定化氧化锆等。
[0038]另外，上述气体传感器用的电极在对其截面进行观察时，具有贵金属区域、固体电解质区域和混在区域。进而，混在区域是贵金属与固体电解质混在而成的区域。具体地说，是指贵金属与固体电解质在以纳米水平三维地相互进入的状态下发生接触，该状态下的贵金属或固体电解质的至少一部分形成了分别与处于微米水平的贵金属(贵金属区域)或固体电解质(固体电解质区域)连续的连续相的区域。即，混在区域中的贵金属与固体电解质形成纳米共连续结构。更详细地说，在混在区域内贵金属与固体电解质在以纳米水平三维地相互进入的状态下发生接触是指在对该区域的截面进行观察时，例如直径为200nm的圆形区域内未被I根连续的曲线二分成贵金属和固体电解质。此外，上述气体传感器用的电极的截面观察例如可以使用扫描型电子显微镜(SEM)等进行。
[0039]另外，对上述气体传感器用的电极的截面进行观察时，上述混在区域沿着上述贵金属区域与上述固体电解质区域的边界部存在。即，混在区域在贵金属区域与固体电解质区域的边界部的至少一部分上沿着其边界部存在。另外，混在区域优选尽量存在于贵金属区域与固体电解质区域的整个边界部上。
[0040]另外，对上述气体传感器用的电极的截面进行观察时，优选在上述电极内至少存在上述混在区域形成于上述贵金属区域与上述固体电解质区域的整个边界部上的5 μπι见方的区域。此时，可以进一步抑制电极电阻的不均、传感器电阻的不均。由此，可以进一步抑制传感器输出功率的不均，可以进一步谋求传感器输出功率的稳定化。
[0041]这里，“在上述电极内至少存在混在区域沿