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KR101727078B1 - Porous material for gas sensor, method for manufacturing thereof, and gas sensor comprising the porous material - Google Patents

Porous material for gas sensor, method for manufacturing thereof, and gas sensor comprising the porous material Download PDF

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KR101727078B1
KR101727078B1 KR1020140145554A KR20140145554A KR101727078B1 KR 101727078 B1 KR101727078 B1 KR 101727078B1 KR 1020140145554 A KR1020140145554 A KR 1020140145554A KR 20140145554 A KR20140145554 A KR 20140145554A KR 101727078 B1 KR101727078 B1 KR 101727078B1
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porous protective
gas
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홍성진
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Abstract

본 발명은 가스센서용 다공질 보호층, 이의 형성방법 및 이를 포함하는 가스센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스센서를 외부 물리적 충격과 피검가스에 포함될 수 있는 액체물질 및 피독물질 등의 물리적/화학적 외부인자로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 외부인자로부터 가스센서의 출력 저하를 방지하고, 보다 빠르고 정확하게 타겟 가스 농도의 측정이 가능하도록 하는 가스센서용 다공질 보호층, 이의 형성방법 및 이를 포함하는 가스센서에 관한 것이다.The present invention relates to a porous protective layer for a gas sensor, a method of forming the same, and a gas sensor including the porous protective layer. More particularly, the present invention relates to a gas sensor including a physical / chemical A porous protective layer for a gas sensor, which can protect against external factors, prevent the output of the gas sensor from deteriorating from an external factor, and enable measurement of the target gas concentration more quickly and accurately, a method for forming the same, .

Description

가스센서용 다공질 보호층, 이의 형성방법 및 이를 포함하는 가스센서{Porous material for gas sensor, method for manufacturing thereof, and gas sensor comprising the porous material}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a porous protective layer for a gas sensor, a method of forming the porous protective layer, and a gas sensor including the porous protective layer.

본 발명은 가스센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스센서의 표면에 형성되는 다공질 보호층, 이의 형성방법 및 이를 포함하는 가스센서에 관한 것이다.
The present invention relates to a gas sensor, and more particularly, to a porous protective layer formed on the surface of a gas sensor, a method of forming the same, and a gas sensor including the same.

산업 발전과 더불어 야기된 대기오염, 환경오염, 산업현장의 안정성 문제로 인하여 여러 가지 유해환경 가스종(H2S, H2, CO, NOx, SOx, NH3, VOCs 등)을 감지하기 위한 가스센서의 필요성이 증가하고 있다. 그 중 H2S는 악취, 구취 등 나쁜 냄새에 포함되어 있는 기체로, 환경을 정화하고 쾌적한 생활환경을 구축하기 위해 필수적으로 측정되어야 된다. 그리고 CO는 가솔린 자동차의 배기가스 및 산업현장에서 배출되는 매연 등에 포함되어 있는 기체로, 운행 중인 자동차의 도로 상에서의 방출량 조절, 뒤따르는 자동차 실내의 CO 가스 유입 조절을 통한 환경오염방지 및 쾌적한 자동차 실내환경을 유지하기 위해 측정이 필요하다.H 2 S, H 2 , CO, NO x , SO x , NH 3 , VOC s, etc.) due to air pollution, environmental pollution, There is an increasing need for a gas sensor. Among them, H 2 S is a gas contained in bad smell such as bad smell and bad breath, and it must be measured in order to purify the environment and establish a pleasant living environment. And CO is the gas contained in exhaust gas of gasoline automobile and soot discharged from industrial site. It controls the emission amount of running vehicle on the road, prevents environmental pollution by controlling CO gas inflow in the following automobile interior, Measurement is necessary to maintain the environment.

특히 내연기관 등에 있어서 배기가스 중의 특정 가스 성분을 검출하거나 그 농도를 측정하는데 산소, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소산화물(NOx) 등을 측정할 수 있는 가스센서가 널리 이용되고 있다.In particular, gas sensors capable of measuring oxygen, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen oxides (NOx) and the like for detecting a specific gas component in an exhaust gas or measuring the concentration thereof in an internal combustion engine or the like are widely used.

일반적으로, 가스센서는 특정 가스 성분의 농도 차이에 의한 기전력 차이를 측정하는 센싱 전극부, 특정 가스 성분 이온을 포집하는 기준 전극부, 센싱 전극부의 전극을 이온전도성을 띠는 온도까지 가열시키는 히터부가 차례대로 적층된 구조로 되어 있다.Generally, the gas sensor includes a sensing electrode portion for measuring a difference in electromotive force due to a difference in concentration of a specific gas component, a reference electrode portion for collecting specific gas component ions, a heater portion for heating the electrode of the sensing electrode portion to a temperature at which ion conductivity is imparted And are stacked in this order.

상기 가스센서는 측정할 가스 성분을 검출하거나 그 농도를 측정하기 위해, 내연기관의 배기가스 배출기관에 설치될 수 있는데 배기가스 중에는 물 및/또는 기름 등의 액체물질들이 포함되어 있어, 이와 같은 액체물질들은 가스센서, 특히 상온보다 고온이 발생할 수 있는 가스센서의 센싱 전극이나 히터부에 접촉될 수 있다. 가스센서와 접촉된 액체물질은 가스센서에 응력 및 열충격을 제공하고, 이로 인해 가스센서에 크랙(crack)이 발생할 수 있다. 또한, 배기가스 중에는 실리콘이나, 인 등의 피독물질이 포함되어 있는데, 이와 같은 피독물질에 가스센서가 노출되어 측정하고자 하는 가스의 정확한 센싱을 방해할 수 있다.The gas sensor can be installed in an exhaust gas exhausting engine of an internal combustion engine to detect a gas component to be measured or to measure the concentration thereof. The exhaust gas contains liquid substances such as water and / or oil, The materials may be in contact with a sensing electrode or heater part of a gas sensor, in particular a gas sensor, which may be hotter than room temperature. The liquid material in contact with the gas sensor provides stress and thermal shock to the gas sensor, which can cause cracking in the gas sensor. In addition, the exhaust gas includes poisoning substances such as silicon and phosphorus, and the gas sensor is exposed to the poisoning substance, which may hinder accurate sensing of the gas to be measured.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 일반적으로 가스센서 표면에 다공질 보호층을 형성한다. 상기 다공질 보호층은 앞서 언급한 액체물질 및 피독물질로부터 가스센서를 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 외부 충격으로부터 가스센서를 보호하고, 다공질 물질로 이루어져 가스센서가 측정가스를 센싱할 수 있게 한다.In order to solve such a problem, a porous protective layer is generally formed on the surface of the gas sensor. The porous protective layer not only protects the gas sensor from the above-mentioned liquid and poisoned substances, but also protects the gas sensor from external impact and is made of a porous material so that the gas sensor can sense the measuring gas.

종래 기술 중 일본등록특허 제4691095호에는 측정 가스의 물리적인 특성을 측정하기 위한 센서 소자를 개시하고 있다.Japanese Patent No. 4691095 discloses a sensor element for measuring a physical property of a measurement gas.

하지만, 종래의 가스센서 상에 형성되는 다공질 보호층은 액체물질을 완전히 차단하지 못할 뿐만 아니라 액체물질과 가스센서의 온도 차이에 의한 열충격으로 인해 외부 센싱 전극에 크랙이 발생하거나 다공질 보호층이 가스센서에서 벗겨짐, 크랙발생, 기공붕괴 및 이로 인한 목적한 피검가스 이외의 물질까지 가스센서에 직접 도달하게 되는 문제점이 있었고, 다공질 보호층에 피독물질이 퇴적하기 쉬워 가스센서의 측정가스 감응 속도가 떨어지고, 정확한 측정가스 농도 측정이 불가능한 문제가 있었다.
However, since the porous protective layer formed on the conventional gas sensor can not completely block the liquid material, cracks may occur in the external sensing electrode due to the thermal shock due to the temperature difference between the liquid material and the gas sensor, There is a problem in that substances other than the target gas to be inspected due to peeling, cracking, pore collapse, and the like are directly brought to the gas sensor, poisonous substances are easily deposited on the porous protective layer, There is a problem that it is impossible to accurately measure the measured gas concentration.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 첫 번째로 해결하려는 과제는 가스센서를 외부 충격 및 액체물질로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 가스센서를 외부 물리적 충격과 피검가스 중의 액체물질 및 피독물질 등의 물리적/화학적 외부인자로부터 보호할 수 있으며, 외부인자에 의한 가스센서의 출력 저하를 방지하고, 보다 빠르고 정확하게 타겟 가스 농도의 측정이 가능하도록 하는 가스센서용 다공질 보호층 및 이의 형성방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is a first object of the present invention to provide a gas sensor capable of protecting a gas sensor from an external impact and a liquid material, A porous protective layer for a gas sensor which can protect against a physical / chemical external factor such as a liquid substance and a poisonous substance, prevent the deterioration of the output of the gas sensor due to an external factor, And a method for forming the same.

본 발명이 해결하려는 두 번째 과제는 보다 빠르고 정확하게 타겟 가스 농도의 측정이 가능하고, 내구성이 현저히 우수한 다공질 보호층을 포함하는 가스센서를 제공하는 것이다.
A second problem to be solved by the present invention is to provide a gas sensor including a porous protective layer which can measure a target gas concentration more quickly and with a remarkably high durability.

상술한 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 센싱전극과 대면하는 제1 표면과 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 관통하는 관통기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질 보호층을 제공한다.In order to solve the above-described first problem, the present invention provides a porous protective layer for a gas sensor, comprising a through-hole penetrating a first surface facing a sensing electrode and a second surface facing the first surface, .

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 관통기공의 평균직경은 5.5 ~ 42㎛일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the average diameter of the through pores may be 5.5 to 42 탆.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 다공질 보호층의 단위 체적당 평균 기공율은 20 ~ 60%일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the average porosity per unit volume of the porous protective layer may be 20 to 60%.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 관통기공은 다공질 보호층의 제2 표면에서 제1 표면으로 갈수록 직경이 커질 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the penetrating pores may be larger in diameter from the second surface to the first surface of the porous protective layer.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 관통기공은 다공질 보호층의 제2 표면의 직경과 제1 표면의 직경의 비가 1 : 1.8 ~ 6일 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the ratio of the diameter of the second surface to the diameter of the first surface of the porous protective layer may be 1: 1.8-6.

또한, 상술한 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (1) 센싱전극 상에 구비된 다공질 형성체 및 저융점 단섬유를 포함하는 조성물을 가열하여 저융점 단섬유를 소실시켜 기공을 형성하는 단계 및 (2) 상기 저융점 단섬유가 소실된 조성물을 소성시켜 다공질 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 가스센서용 다공질 보호층 형성방법을 제공한다.In order to solve the above-described first problem, the present invention provides a method of manufacturing a sensing electrode, comprising the steps of: (1) heating a composition comprising a porous formed body and a low melting point short fiber provided on a sensing electrode to dissolve low melting point staple fibers to form pores And (2) firing the composition in which the low melting point staple fiber is removed to form a porous protective layer.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 저융점 단섬유는 상기 다공질 보호층의 센싱전극과 대면하는 제1 표면과 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 관통할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the low melting point staple fibers may pass through a first surface facing the sensing electrode of the porous protective layer and a second surface facing the first surface.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 저융점 단섬유는 소실되어 상기 다공질 보호층의 제1 표면과 제2 표면을 관통하는 관통기공을 형성시키고, 상기 관통기공의 평균직경은 5.5 ~ 42㎛일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the low melting point staple fiber is disappeared to form through pores passing through the first surface and the second surface of the porous protective layer, and the average diameter of the through pores is 5.5 to 42 Lt; / RTI >

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 저융점 단섬유는 섬도가 0.5 ~ 5데니어(denier)일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the low melting point staple fiber may have a fineness of 0.5 to 5 denier.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 저융점 단섬유는 일단에서 타단으로 갈수록 섬도가 작아질 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the fineness of the low melting point staple fibers can be reduced from one end to the other end.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 저융점 단섬유는 소실되어 상기 다공질 보호층의 제2 표면에서 제1 표면으로 갈수록 직경이 커지는 관통기공을 형성시킬 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the low melting point staple fiber is disappeared to form through pores having a larger diameter from the second surface to the first surface of the porous protective layer.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 관통기공은 다공질 보호층의 제2 표면의 직경과 제1 표면의 직경의 비가 1 : 1.8 ~ 6일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the ratio of the diameter of the second surface to the diameter of the first surface of the porous protective layer may be 1: 1.8-6.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 저융점 단섬유는 융점 70 ~ 150℃의 폴리에스테르계 섬유일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the low-melting-point staple fiber may be a polyester-based fiber having a melting point of 70 to 150 ° C.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (1) 단계의 소실온도는 200 ~ 400℃이고, 상기 (2) 단계의 소성온도는 1100 ~ 1800℃일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the firing temperature in the step (1) may be 200 to 400 ° C, and the firing temperature in the step (2) may be 1100 to 1800 ° C.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 다공질 형성체는 알루미나, 스피넬, 이산화티타늄, 지르코니아, 이트륨 안정화된 지르코니아, 산화이트륨, 산화리튬, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화세륨 및 뮬라이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, the porous formed body is composed of alumina, spinel, titanium dioxide, zirconia, yttrium stabilized zirconia, yttrium oxide, lithium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, cerium oxide and mullite And the like.

한편, 상술한 두 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 가스센서용 다공질 보호층을 포함하는 가스센서용 전극을 제공한다.In order to solve the second problem, the present invention provides an electrode for a gas sensor including a porous protective layer for a gas sensor according to the present invention.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 다공질 보호층의 두께는 20 ~ 200㎛일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the porous protective layer may be 20 to 200 mu m.

또한, 상술한 두 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 가스센서용 전극을 외부 센싱 전극으로 포함하는 가스센서를 제공한다.In order to solve the second problem, the present invention provides a gas sensor including an electrode for a gas sensor according to the present invention as an external sensing electrode.

또한, 상술한 두 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 가스센서용 다공질 보호층을 포함하는 가스센서를 제공한다.
In order to solve the above-mentioned second problem, the present invention provides a gas sensor including a porous protective layer for a gas sensor according to the present invention.

본 발명은 가스센서를 외부 물리적 충격과 피검가스 중의 액체물질 및 피독물질 등의 물리적/화학적 외부인자로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 외부인자에 의한 가스센서의 출력 저하를 방지할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention not only protects the gas sensor from external physical impacts, physical / chemical external factors such as liquid substances and poisonous substances in the gas under test, but also prevents the output of the gas sensor from deteriorating due to external factors.

또한, 기공형성 및 기공배치가 피검가스의 확산속도를 현저히 향상시켜 타겟 가스에 대한 응답속도를 매우 빠르게 할 수 있고, 피독물질 등의 외부인자의 가스센서에 대한 영향이 방지됨에 따라 타겟 가스에 대한 감도가 매우 우수하여 정확하게 타겟 가스 농도의 측정이 가능하다.  In addition, pore formation and pore arrangement significantly improve the diffusion rate of the gas to be inspected, so that the response speed to the target gas can be made very fast and the influence of external factors such as poisonous substances on the gas sensor is prevented, The sensitivity is very high and the target gas concentration can be accurately measured.

나아가, 기계적 물성이 현저히 우수하여 각종 충격에도 기공의 붕괴나 크랙이 발생하지 않아 가스센서의 성능유지 및 내구성 향상에 현저히 우수하다.
Furthermore, the mechanical properties are remarkably excellent, and collapse and cracks of the pores do not occur in various impacts, which is remarkably superior in performance maintenance and durability improvement of the gas sensor.

도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 가스센서의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가스센서용 다공질 보호층의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가스센서의 분해 사시도이다.
1 is a cross-sectional view of a gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a porous protective layer for a gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view of a gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 가스센서의 단면도로써, 도 1 을 참조하면, 가스센서(100)는 외부 센싱전극(22) 및 기준전극부(40)가 포함된 센싱부, 히터부(60) 및 터널전극(70)을 포함하는 가스센서(100)의 외표면을 덮고, 가스센서의 외표면에 대면하는 제1 표면(P) 및 상기 제1 표면(P)에 대향하는 제2 표면(Q)을 포함하는 다공질 보호층(200)를 구비한다.FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a gas sensor 100 includes a sensing unit including an external sensing electrode 22 and a reference electrode unit 40, A first surface P facing the outer surface of the gas sensor and an outer surface covering the outer surface of the gas sensor 100 including the portion 60 and the tunnel electrode 70, 2 surface (Q).

구체적으로, 본 발명에 따른 가스센서용 다공질 보호층(200)은 가스센서(100)에 포함되는 외부 센싱전극(22)의 상부를 모두 덮도록 형성될 수 있다. 달리 말하면, 본 발명의 다공질 보호층(200)은 가스센서(100)의 최상부에 위치한 외부 센싱전극(22)을 외부 물리적 충격과 피검가스 중의 액체물질 및 피독물질 등의 물리적/화학적 외부인자로부터 보호할 수 있다.
Specifically, the porous protective layer 200 for a gas sensor according to the present invention may be formed to cover all of the upper portions of the external sensing electrodes 22 included in the gas sensor 100. In other words, the porous protective layer 200 of the present invention protects the external sensing electrode 22 located at the top of the gas sensor 100 from external physical impact and physical / chemical external factors such as liquid and poisonous substances in the gas under test can do.

한편, 본 발명의 다공질 보호층을 도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.The porous protective layer of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.

도 2를 참조하면, 본 발명의 가스센서용 다공질 보호층(200)은 센싱전극과 대면하는 제1 표면(P)과 상기 제1 표면(P)에 대향하는 제2 표면(Q)을 관통하는 관통기공(80)을 포함한다. 이 때, 관통기공(80)이란 기공이 막히지 않고 연속되어 있는 구조를 의미하고, 센싱전극은 가스센서의 피검가스의 센싱을 위해 포함되는 전극으로서, 외부 센싱전극(22)을 포함할 수 있다.2, the porous protective layer 200 for a gas sensor of the present invention includes a first surface P facing the sensing electrode and a second surface Q opposed to the first surface P, Through pores (80). In this case, the through pores 80 mean a structure in which pores are not blocked, and the sensing electrode may include an external sensing electrode 22 as an electrode included for sensing a gas to be inspected of the gas sensor.

달리 말하면, 본 발명의 가스센서용 다공질 보호층(200)은 관통기공(80)을 상기 제2 표면(Q)과 제1 표면(P)을 관통하게, 즉 다공질 보호층(200)의 관통기공(80)을 상기 제1 표면(P)과 맞닿는 센싱전극의 표면과 수직한 방향으로 형성함으로서, 센싱전극 표면과 수직한 방향으로만 가스 투과성을 가질 수 있다.In other words, the porous protective layer 200 for a gas sensor of the present invention has a structure in which the through pores 80 penetrate the second surface Q and the first surface P, that is, the through pores of the porous protective layer 200 (80) is formed in a direction perpendicular to the surface of the sensing electrode contacting the first surface (P), so that gas permeability can be obtained only in a direction perpendicular to the surface of the sensing electrode.

달리 말하면, 센싱전극 표면과 수평한 방향으로부터 침투할 수 있는 배기가스의 침입을 차단할 수 있고, 배기가스 중에서 측정하고자 하는 타겟 가스의 확산 거리를 일정하게 유지하여 가스센서에 적정량의 타겟 가스를 공급할 수 있어, 보다 빠르고 정확하게 타겟 가스 농도의 측정이 가능할 수 있다.
In other words, it is possible to prevent the penetration of the exhaust gas which can permeate from the horizontal direction to the surface of the sensing electrode, and to supply a proper amount of target gas to the gas sensor while keeping the diffusion distance of the target gas to be measured constant in the exhaust gas So that the target gas concentration can be measured more quickly and accurately.

상기 관통기공(80)의 평균직경은 5.5 ~ 42㎛, 바람직하게는 5.95 ~ 35㎛, 더욱 바람직하게는 16 ~ 30㎛일 수 있다. 만일, 관통기공(80)의 평균직경이 5.5㎛ 미만으로 형성되면 다공질 보호층(200)으로의 가스 투과성이 저하되어 가스센서로의 타겟 가스의 공급 및/또는 방출이 원활하게 진행되기 어려움에 따라 가스센서의 출력이 감소할 수 있고, 42㎛을 초과하면 상기 관통기공(80)으로 침투할 수 있는 배기가스 중의 액체물질, 피독물질이 다공질 보호층(200)으로 침투 및 가스센서에 도달할 수 있어 이러한 물질로부터 가스센서를 보호하기 어려울 수 있고, 가스센서로의 적정량의 타겟가스의 공급이 어려워 보다 정확한 타겟가스 농도 측정이 어려워질 수 있다.
The average diameter of the through pores 80 may be 5.5 to 42 탆, preferably 5.95 to 35 탆, and more preferably 16 to 30 탆. If the average diameter of the through pores 80 is less than 5.5 占 퐉, the gas permeability to the porous protective layer 200 lowers and the supply and / or discharge of the target gas to the gas sensor is difficult to proceed smoothly The output of the gas sensor can be reduced. If the thickness exceeds 42 탆, the liquid and poisonous substances in the exhaust gas, which can permeate into the through pores 80, can penetrate into the porous protective layer 200 and reach the gas sensor It may be difficult to protect the gas sensor from such a material, and it may become difficult to measure the target gas concentration more accurately because it is difficult to supply an appropriate amount of the target gas to the gas sensor.

한편, 관통기공(80)은 다공질 보호층(200)의 제2 표면(Q)에서 제1 표면(P)으로 갈수록 직경이 커질 수 있다. 예를 들어, 제2 표면(Q)의 관통기공(80)의 직경이 16㎛이면, 제1 표면(P)의 관통기공(80)의 직경은 16㎛보다 큰 20㎛일 수 있다.On the other hand, the diameter of the through pores 80 may become larger from the second surface Q of the porous protective layer 200 toward the first surface P. For example, if the diameter of the through pores 80 of the second surface Q is 16 占 퐉, the diameter of the through pores 80 of the first surface P may be 20 占 퐉 larger than 16 占 퐉.

이와 같이, 관통기공(80)은 다공질 보호층(200)의 제2 표면(Q)에서 제1 표면(P)으로 갈수록 직경을 크게 형성하는 이유는 다음과 같다.The reason why the through pores 80 are formed to have a larger diameter toward the first surface P from the second surface Q of the porous protective layer 200 is as follows.

우선, 첫번째로 제1 표면(P)의 직경이 크게 형성되면, 제1 표면(P)의 관통기공(80) 공간의 합계 체적이 커져 단열성이 부여되기 때문이다. 이와 같이 단열성이 부여되면 제2 표면(Q)이 액체물질에 의해 냉각되어도 가스센서에는 제1 표면(P)의 단열성으로 인해 급냉되기 어려워져 액체물질에 의한 손상을 효과적으로 억제할 수 있다.First, when the diameter of the first surface P is large, the total volume of the through pores 80 of the first surface P becomes large, and the heat insulating property is given. When the second surface (Q) is cooled by the liquid material as described above, the gas sensor is hardly quenched due to the heat insulating property of the first surface (P), and damage due to the liquid material can be effectively suppressed.

두번째로 다공질 보호층(200)을 통과하는 가스의 확산 속도는 다공질 보호층(200)의 단위 체적당 평균 기공율 뿐만 아니라, 관통기공(80)의 직경에도 영향을 받기 때문이다. 예를 들어, 관통기공(80)의 직경이 크면 복수의 가스 분자가 관통기공(80) 내로 비집고 들어가 서로 충돌하면서 확산하기 위한 확산저항이 작아지고, 확산 속도가 커진다. 반면에, 관통기공(80)의 직경이 작으면 가스 분자가 관통기공(80) 내에 비집고 들어가 서로 충돌하면서 확산하기 위한 확산저항이 작아지고, 확산 속도가 작아진다. 따라서, 다공질 보호층(200)이 제2 표면(Q)에서 제1 표면(P)으로 갈수록 관통기공(80)의 직경이 커지면 제1 표면(P)의 기공은 제2 표면(Q)의 기공율보다 높아지지만 제2 표면(Q)에서 제1 표면(P)으로의 가스 확산저항은 큰 폭으로 저하되게 된다.Secondly, the diffusion rate of the gas passing through the porous protective layer 200 is affected not only by the average porosity per unit volume of the porous protective layer 200, but also by the diameter of the through pores 80. For example, when the diameter of the through pores 80 is large, a plurality of gas molecules are gathered into the through pores 80, and the diffusion resistance to diffuse while colliding with each other becomes small, and the diffusion speed becomes large. On the other hand, if the diameter of the through pores 80 is small, the diffusion resistance for diffusing the gas molecules into the through pores 80 and colliding with each other becomes small, and the diffusion rate becomes small. Accordingly, when the diameter of the through pores 80 increases from the second surface Q to the first surface P, the pores of the first surface P become higher than the porosity of the second surface Q The gas diffusion resistance from the second surface Q to the first surface P is greatly reduced.

결론적으로, 상기와 같은 두가지 이유로, 본 발명의 다공질 보호층(200)은 제2 표면(Q)의 관통기공(80)의 직경은 작아 액체물질의 침입을 충분히 차단할 수 있고, 제1 표면(P)의 관통기공(80)의 직경은 커서 단열성을 부여할 수 있어 가스센서의 액체물질에 의한 손상을 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 가스센서로의 원활한 타겟 가스를 공급할 수 있어 보다 빠르고 정확하게 타겟 가스 농도의 측정이 가능하도록 할 수 있다.The porous protective layer 200 of the present invention has a small diameter of the through pores 80 of the second surface Q so that the penetration of the liquid material can be sufficiently blocked, The diameter of the through pores 80 of the gas sensor 80 can be increased and the heat insulating property can be imparted so that damage caused by the liquid material of the gas sensor can be effectively suppressed and a smooth target gas can be supplied to the gas sensor, The concentration can be measured.

나아가, 관통기공(80)은 다공질 보호층(200)의 제2 표면(Q)의 직경과 제1 표면(P)의 직경의 비가 1 : 1.8 ~ 6, 바람직하게는 1 : 2.0 ~ 4일 수 있다. 상기 제1 표면과 제2 표면 기공의 직경이 이와 같은 직경비를 가질 때, 상기 다공질 보호층(200)은 가스센서로의 액체물질의 침입을 충분히 차단할 수 있고, 제1 표면(P)은 제2 표면(Q)의 관통기공(80)보다 직경이 커서 단열성을 부여할 수 있어 가스센서의 액체물질에 의한 손상을 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 가스센서로 원활하게 타겟 가스를 공급할 수 있어 가스센서의 액체물질에 의한 손상을 효과적으로 억제할 수 있다.
Further, the through pores 80 may have a ratio of the diameter of the second surface Q of the porous protective layer 200 to the diameter of the first surface P of 1: 1.8 to 6, preferably 1: 2.0 to 4 have. When the diameter of the first surface and the second surface pore have such a diameter ratio, the porous protective layer 200 can sufficiently block the penetration of the liquid material into the gas sensor, and the first surface P 2 is larger than the diameter of the through pores 80 of the surface Q so that the gas sensor can be provided with a heat insulating property so that damage caused by the liquid material of the gas sensor can be effectively suppressed and the target gas can be smoothly supplied to the gas sensor, The damage caused by the liquid material of the sensor can be effectively suppressed.

한편, 본 발명의 다공질 보호층(200)은 단위 체적당 평균 기공율이 20 ~ 60%, 바람직하게는 30 ~ 50%일 수 있다. 만일, 다공질 보호층(200)의 단위 체적당 평균 기공율이 20% 미만이면, 가스 투과성이 저하되어 가스센서로의 타겟가스의 공급 및/또는 방출이 원활하게 진행되기 어려워 가스센서의 출력이 저하될 수 있고, 60%를 초과하면 기계적 강도가 현저히 저하되어 기공이 붕괴되거나 크랙, 박리 등의 문제점이 있을 수 있다.
Meanwhile, the porous protective layer 200 of the present invention may have an average porosity of 20 to 60%, preferably 30 to 50%, per unit volume. If the average porosity per unit volume of the porous protective layer 200 is less than 20%, the gas permeability is lowered and the supply and / or discharge of the target gas to the gas sensor is difficult to proceed smoothly, If it is more than 60%, the mechanical strength may be remarkably lowered, and the pores may be collapsed, cracked or peeled off.

나아가, 본 발명은 본 발명에 따른 가스센서용 다공질 보호층; 을 포함하는 가스센서용 전극을 포함한다.Further, the present invention relates to a porous protective layer for a gas sensor according to the present invention; And an electrode for a gas sensor.

상기 전극은 통상적인 가스센서에 포함되고, 피검가스와 접촉하는 가스센서의 외부 센싱 전극일 수 있으며, 전극의 형상, 두께, 크기, 재질은 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. The electrode is included in a conventional gas sensor and may be an external sensing electrode of a gas sensor in contact with the gas to be inspected. The shape, thickness, size, and material of the electrode are not particularly limited in the present invention.

상기 다공질 보호층은 전극의 일면 전체를 덮도록 형성될 수 있고, 이때 두께는 20 ~ 200㎛일 수 있다. 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 가스센서(100)의 적어도 일면에 형성되는 다공질 보호층(200)의 두께는 20㎛ ~ 200㎛, 바람직하게는 50㎛ ~ 100㎛일 수 있다. 즉, 가스센서의 크랙(crack)을 유발시킬 수 있는 물 및/또는 기름 등의 액체물질들이 다공질 보호층(200)의 기공에 침투해 들어갈 수 있는데, 본 발명의 가스센서의 표면에는 다공질 보호층(200)이 20㎛ 이상의 두께로 형성되어 있어 상기 액체물질들이 가스센서에 접촉되기 전에 분산될 수 있다. 달리 말하면, 다공질 보호층(200)은 가스센서의 표면에 20㎛ 미만의 두께로 형성된다면 외부 충격 및 액체물질로부터 가스센서를 충분히 보호할 수 없다. 또한, 200㎛ 초과하는 두께로 형성된다면 가스센서의 제조비용 면에서 비효율적일 뿐만 아니라 감응속도가 느려질 수 있고, 보다 빠르고 정확하게 타겟 가스 농도의 측정이 어려워질 수 있다.
The porous protective layer may be formed to cover the entire one surface of the electrode, and the thickness may be 20 to 200 mu m. According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the porous protective layer 200 formed on at least one surface of the gas sensor 100 may be 20 탆 to 200 탆, preferably 50 탆 to 100 탆. That is, liquid materials such as water and / or oil that can cause cracks of the gas sensor may penetrate into the pores of the porous protective layer 200. In the surface of the gas sensor of the present invention, (200) is formed to a thickness of 20 mu m or more so that the liquid materials can be dispersed before being contacted with the gas sensor. In other words, the porous protective layer 200 can not sufficiently protect the gas sensor from external impact and liquid matter if it is formed on the surface of the gas sensor to a thickness of less than 20 mu m. In addition, if it is formed to have a thickness exceeding 200 mu m, it is not only inefficient in terms of manufacturing cost of the gas sensor but also slows down the response speed, and it may become difficult to measure the target gas concentration more quickly and accurately.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 다공질 보호층을 포함하는 가스센서를 포함한다. The present invention also includes a gas sensor comprising a porous protective layer according to the present invention.

상기 가스센서는 통상적으로 가스를 검출하는 센서의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 가스 검출방식에 있어 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 전기화학적 방식(용액 도전 방식, 정전위 전해방식, 격막전극법), 전기적 방법(수소 이온화법, 열전도법, 접촉연소법, 반도체법)에 의한 가스센서일 수 있다. 또한, 검출되는 가스에 제한이 없으며, H2, CO, NOx, SOx, NH3, VOCs 등 C, H, O, N 중 어느 하나 이상으로 이루어진 가스를 검출하기 위한 용도의 가스센서일 수 있다. 이하 적층형 가스센서에 대해 구체적으로 살펴보나, 가스센서의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.The gas sensor can be normally used without limitation in the case of a sensor for detecting a gas, and there is no particular limitation on the gas detection method, but it is preferably an electrochemical method (solution conduction method, electrostatic potential method, diaphragm electrode method) (Hydrogen ionization method, thermal conduction method, contact combustion method, semiconductor method). There is no limitation on the gas to be detected and the number of gas sensors used for detecting a gas composed of any one or more of C, H, O and N such as H 2 , CO, NO x , SO x , NH 3 and VOCs have. Hereinafter, the stacked type gas sensor will be specifically described, but the type of the gas sensor is not limited thereto.

구체적으로 도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 적층형 가스센서의 분해 사시도로써, 가스센서(100)는 전극 센싱부(20) 및 기준 전극부(40)를 포함하는 센싱부 및 히터부(60)가 상부에서 하부로 차례대로 적층되어 포함될 수 있다.3 is an exploded perspective view of a stacked type gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention. The gas sensor 100 includes a sensing unit including the electrode sensing unit 20 and the reference electrode unit 40, 60 may be stacked in order from the top to the bottom.

상기 전극 센싱부(20)는 측정가스의 농도 차이에 의한 기전력 차이를 측정및/또는 센싱할 수 있는 부분으로, 외부 센싱전극(22) 및 센서시트(24)를 포함할 수 있다.The electrode sensing unit 20 may include an external sensing electrode 22 and a sensor sheet 24 that can measure and / or sense a difference in electromotive force due to a concentration difference of a measurement gas.

상기 외부 센싱전극(22)은 상기 가스센서(100)의 최상부에 적층되어 있는데, 특정한 측정가스를 산화 및/또는 환원시킬 수 있다. 외부 센싱전극(22)는 전기전도성을 가지는 다양한 전극 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 백금, 지르코니아 및/또는 백금/지르코니아 혼합물이 소재로 사용될 수 있다.The external sensing electrode 22 is stacked on top of the gas sensor 100, and can oxidize and / or reduce a specific measurement gas. The outer sensing electrode 22 may be made of various electrode materials having electrical conductivity, and preferably platinum, zirconia, and / or a platinum / zirconia mixture may be used as the material.

상기 센서시트(24)는 외부 센싱전극(22) 하부에 적층되어, 외부 센싱전극(22)에서 산화 및/또는 환원된 특정한 측정가스를 이동시킬 수 있다. 센서시트(24)는 고온 이온전도성과 고온내구성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 지르코니아 또는 이트륨 안정화된 지르코니아가 소재로 사용될 수 있다.
The sensor sheet 24 may be laminated under the external sensing electrode 22 to move a specific measurement gas oxidized and / or reduced in the external sensing electrode 22. The sensor sheet 24 may be made of various materials having high temperature ionic conductivity and high temperature durability, and preferably zirconia or yttrium stabilized zirconia may be used as the material.

또한, 상기 기준 전극부(40)는 특정한 타겟 가스 이온을 포집 및/또는 센싱할 수 있는 부분으로서, 절연층(42, 46), 내부기준전극(44) 및 기준시트(48)를 포함할 수 있고, 바람직하게는 절연층(42), 내부기준전극(44), 절연층(46) 및 기준시트(48)가 상부에서 하부로 차례대로 적층되어 포함할 수 있다. The reference electrode portion 40 may include an insulating layer 42, 46, an internal reference electrode 44, and a reference sheet 48, which can collect and / or sense a specific target gas ion. Preferably, the insulating layer 42, the internal reference electrode 44, the insulating layer 46, and the reference sheet 48 may be stacked in order from the top to the bottom.

상기 절연층(42, 46)은 후술할 히터 전극(64)과 전극 센싱부(20)사이를 절연시키는 역할을 한다. 절연층(42. 46)은 절연성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 알루미나가 사용될 수 있다.The insulating layers 42 and 46 serve to isolate a heater electrode 64 and an electrode sensing unit 20, which will be described later. The insulating layer 42, 46 may be made of various materials having insulating properties, and alumina may preferably be used.

상기 내부기준전극(44)은 특정한 타겟 가스 이온을 포집 및/또는 센싱하는 역할을 한다. 내부기준전극(44)은 전기 전도성을 가지는 다양한 전극 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 백금, 지르코니아 및/또는 백금/지르코니아 혼합물이 소재로 사용될 수 있다.The internal reference electrode 44 serves to trap and / or sense a particular target gas ion. The internal reference electrode 44 may be made of various electrode materials having electrical conductivity, and preferably platinum, zirconia, and / or a platinum / zirconia mixture may be used as the material.

상기 기준시트(48)은 히터부(60)에서 발생할 열을 이동시킬 수 있다. 기준시트(48)는 열전도성과 고온내구성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 지르코니아 또는 이트륨 안정화된 지르코니아가 소재로 사용될 수 있다.
The reference sheet 48 can move heat generated in the heater unit 60. The reference sheet 48 can be made of various materials having thermal conductivity and high temperature durability, and preferably zirconia or yttrium stabilized zirconia can be used as a material.

또한, 상기 히터부(60)는 전극 센싱부(20)의 외부 센싱전극(22)을 이온전도성을 띠는 온도까지 가열시키는 부분으로서, 절연층(62, 66), 히터전극(64), 터널시트(68) 및 터널전극(70)을 포함할 수 있고, 바람직하게는 절연층(62), 히터전극(64), 절연층(66), 터널시트(68) 및 터널전극(70)이 상부에서 하부로 차례대로 적층되어 포함할 수 있다.The heater 60 heats the external sensing electrode 22 of the electrode sensing unit 20 to a temperature at which ion conductivity is imparted to the heater unit 60. The heater unit 60 includes insulating layers 62 and 66, The heater electrode 64, the insulating layer 66, the tunnel sheet 68, and the tunnel electrode 70 may be formed on the upper side To the lower portion in order.

상기 히터부(60) 중 절연층(62, 66)은 상기 기준 전극부(40)의 절연층(42, 46)과 동일하거나 상이할 수 있다.The insulating layers 62 and 66 of the heater unit 60 may be the same as or different from the insulating layers 42 and 46 of the reference electrode unit 40.

상기 히터전극(64)은 열을 발생시켜 외부 센싱전극(22)을 이온전도성을 띠는 온도까지 가열시키는 역할을 한다. 상기 히터전극(64)은 전기저항성 전력 공급에 의해 발열성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는, 백금, 알루미나, 납, 백금/납 혼합물 및/또는 백금/알루미나 혼합물이 소재로 사용될 수 있다.The heater electrode 64 generates heat to heat the external sensing electrode 22 to a temperature at which ion conductivity is imparted. The heater electrode 64 may be made of a variety of materials having exothermic properties by supplying electric resistive power and preferably platinum, alumina, lead, a platinum / lead mixture and / or a platinum / have.

상기 터널시트(68)은 터널전극(70)과 터널전극(70)을 제외한 나머지 가스센서(100)을 절연시키는 역할을 한다. 상기 터널시트(68)는 절연성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 알루미나가 사용될 수 있다.The tunnel sheet 68 serves to insulate the remaining gas sensors 100 except for the tunnel electrode 70 and the tunnel electrode 70. The tunnel sheet 68 may be made of various materials having insulating properties, and preferably alumina can be used.

상기 터널전극(70)은 가스센서(100)와 가스센서(100)에 전력을 공급해 주는 외부 단자를 연결시켜주는 역할을 한다. 상기 터널전극(70)은 전도성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 백금, 알루미나 및/또는 백금/알루미나 혼합물이 소재로 사용될 수 있다.
The tunnel electrode 70 serves to connect an external terminal for supplying power to the gas sensor 100 and the gas sensor 100. The tunnel electrode 70 may be made of various materials having conductivity, and preferably platinum, alumina, and / or a platinum / alumina mixture may be used.

본 발명에 따른 다공질 보호층을 포함하는 가스센서는 상기 가스센서의 적어도 일면, 바람직하게는 외부 센싱전극을 포함하는 일면을 상술한 본 발명에 따른 다공질 보호층이 덮는데, 구체적으로 도 1과 같이 다공질 보호층(200)이 외부 센싱전극(22)을 포함하는 가스센서(100) 일면의 상부만 덮도록 구현될 수도 있으며, 목적에 따라 외부 센싱전극(22)을 포함하는 일면 이외의 가스센서의 외표면을 덮는 부위는 달리 선택될 수 있다.The gas sensor including the porous protective layer according to the present invention covers at least one surface of the gas sensor, preferably one surface including the external sensing electrode, according to the above-described porous protective layer according to the present invention. Specifically, The porous protective layer 200 may be formed so as to cover only the upper portion of one surface of the gas sensor 100 including the external sensing electrode 22 and may be configured to cover the upper surface of the gas sensor 100 including the external sensing electrode 22, The portion covering the outer surface can be selected differently.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 가스센서(100)의 적어도 일면에 형성되는 다공질 보호층(200)의 두께는 20㎛ ~ 200㎛, 바람직하게는 50㎛ ~ 100㎛일 수 있다. 즉, 가스센서의 크랙(crack)을 유발시킬 수 있는 물 및/또는 기름 등의 액체물질들이 다공질 보호층(200)의 기공에 침투해 들어갈 수 있는데, 본 발명의 가스센서의 표면에는 다공질 보호층(200)이 20㎛ 이상의 두께로 형성되어 있어 상기 액체물질들이 가스센서에 접촉되기 전에 분산될 수 있다
According to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the porous protective layer 200 formed on at least one surface of the gas sensor 100 may be 20 탆 to 200 탆, preferably 50 탆 to 100 탆. That is, liquid materials such as water and / or oil that can cause cracks of the gas sensor may penetrate into the pores of the porous protective layer 200. In the surface of the gas sensor of the present invention, (200) is formed to a thickness of 20 mu m or more so that the liquid materials can be dispersed before being contacted with the gas sensor

나아가, 본 발명은 다공질 보호층 형성방법을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a method for forming a porous protective layer.

먼저, 본 발명의 다공질 보호층 형성방법은 (1) 단계에서 센싱전극 상에 구비된 다공질 형성체 및 저융점 단섬유를 포함하는 조성물을 가열하여 저융점 단섬유를 소실시켜 기공을 형성한다.
First, in the method of forming a porous protective layer of the present invention, the composition including the porous formed body and the low melting point short fiber provided on the sensing electrode is heated in step (1) to form pores by eliminating the low melting point short fibers.

먼저, (1) 단계의 조성물은 가열하기 전에 센싱전극 상에 투입시킬 수 있다. 센싱전극은 가스센서의 피검가스의 센싱을 위해 포함되는 전극이다. 상기 가스센서는 앞서 언급했듯이, 통상적으로 가스를 검출하는 센서의 경우 제한 없이 사용할 수 있다. First, the composition of step (1) may be put on the sensing electrode before heating. The sensing electrode is an electrode included for sensing the gas to be inspected of the gas sensor. As mentioned above, the gas sensor can be used without limitation in the case of a sensor that normally detects gas.

또한, 센싱전극 상이란 센싱전극의 적어도 일면에 직접 대면하도록 투입되는 것 및 센싱 전극의 적어도 일면에 다른 층을 포함하고, 상기 다른 층에 조성물이 대면하도록 투입하는 것을 포함한다.Also, the sensing electrode phase is inserted to face at least one side of the sensing electrode, and includes another layer on at least one side of the sensing electrode, such that the composition faces the other layer.

상기 조성물을 센싱전극 상에 투입하는 방법은 조성물의 성상과 센싱전극 표면에 상기 조성물을 위치시키는 구체적 방법 따라 달라질 수 있고, 만일 상기 조성물이 분말상태일 경우 상온진공 분말 분사법을 통해 센싱전극 상에 증착시킬 수 있고, 만일 상기 조성물이 액상의 페이스트일 경우 페이스트를 센싱전극 상에 도포하는 방식으로 위치시킬 수 있다. The method of applying the composition onto the sensing electrode may vary depending on the properties of the composition and the specific method of placing the composition on the surface of the sensing electrode. If the composition is in powder form, And if the composition is a liquid paste, the paste can be placed in such a manner as to be applied on the sensing electrode.

상기 조성물에 대해 상온진공분말 분사법을 사용할 경우 당업계에 공지된 방법을 사용할 수 있고, 이에 대한 비제한적인 방법으로 먼저, 조성물을 분말통에 투입하고 증착실에 가스센서를 장착한 후 상기 분말통 내부에 위치한 캐리어 가스통으로부터 캐리어 가스를 공급하는 과정을 수행할 수 있다. 상기 캐리어 가스는 공기, 산소, 질소, 헬륨, 아르곤 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 캐리어 가스의 유량은 1L/min 이상의 범위에서 조절하여 분말통 내부의 조성물 분말이 캐리어 가스에 유입시켜 비산되게 할 수 있다. 상기 조성물 분말이 유입된 캐리어 가스는 증착실에 유입될 수 있고, 증착실에 캐리어 가스 투입 후 증착실의 진공도를 적절히 조절하여 증착이 원활히 이루어지도록 함이 바람직하며, 구체적으로 1 ~ 1.5Torr의 진공도를 유지하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
In the case of using the vacuum powder spraying method at room temperature, a method known in the art can be used. In a non-limiting method, first, the composition is introduced into a powder container, a gas sensor is attached to the deposition chamber, A process of supplying a carrier gas from a carrier gas cylinder located inside the cylinder can be performed. The carrier gas may be air, oxygen, nitrogen, helium, argon, or the like, but is not limited thereto. The flow rate of the carrier gas may be controlled within a range of 1 L / min or more so that the powder of the composition in the powder can flow into the carrier gas to be scattered. The carrier gas into which the composition powder flows may be introduced into the deposition chamber. After the introduction of the carrier gas into the deposition chamber, the degree of vacuum of the deposition chamber is suitably adjusted to facilitate the deposition. More specifically, May be more preferable.

상기 조성물을 액상으로 하여 센싱전극 상에 도포할 경우 조성물은 바인더 성분 및 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더 성분은 센싱전극 표면, 바람직하게는 외부 센싱전극에 후술하는 (2) 단계를 통해 제조되는 다공질 보호층의 접착력과 조성물 간의 접착력을 보다 향상시키게 하는 기능을 담당한다. 당업계에 통상적으로 사용되는 바인더 성분을 사용할 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral)과 같은 폴리비닐계, 에틸셀룰로오스, 폴리에스테르, 에폭시, 테르피네올(terpineol) 및 폴리비닐리덴플루오라이드와 같은 불소계화합물 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.When the composition is applied on a sensing electrode in the form of a liquid, the composition may further include a binder component and a solvent. The binder component serves to further improve the adhesive force between the porous protective layer and the composition, which is produced on the sensing electrode surface, preferably the external sensing electrode, through the step (2) described later. As a non-limiting example, a binder component commonly used in the art may be used. Examples of the binder component include polyvinyl, ethylcellulose, polyester, epoxy, terpineol such as polyvinyl butyral, And fluorine-based compounds such as polyvinylidene fluoride.

상기 용매는 다공질 보호층 형성 조성물의 분산 및 바인더성분의 용해를 원활히 시킬 수 있는 경우 제한 없이 사용할 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써, 물, 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올 및 부틸알콜올 중에서 선택된 1종 이상이 포함될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The solvent may be used without limitation as long as it can facilitate the dispersion of the porous protective layer-forming composition and the dissolution of the binder component. Non-limiting examples of the solvent include water, ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, But not limited thereto.

상기 바인더 성분은 다공질 형성체 100 중량부에 대해 8 ~ 26 중량부 포함할 수 있고, 용매는 20 ~ 50 중량부로 포함할 수 있다. 바인더 성분이 8 중량부 미만으로 포함되는 경우 센싱전극과 제조되는 다공질 보호층간의 접착력 약화되어 센싱전극에서 다공질 보호층이 분리되거나 다공질 형성체간 및/또는 다공질 형성체와 저융점 단섬유 간의 결합력이 약화되어 다공질 보호층의 기공붕괴, 크랙 등이 더 쉽게 발생할 수 있는 문제점 있을 수 있고, 만일 26 중량부를 초과하여 포함할 경우 다공질 보호층의 기계적 강도 저하로 인한 크랙 등의 문제가 발생할 뿐만 아니라, 두께 방향 수축률이 증가하여 목적하는 두께는 다공질 보호층의 형성이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.The binder component may be contained in an amount of 8 to 26 parts by weight based on 100 parts by weight of the porous formed body and 20 to 50 parts by weight of the solvent. When the binder component is contained in an amount of less than 8 parts by weight, the adhesion between the sensing electrode and the porous protective layer to be produced is weakened, so that the porous protective layer is separated from the sensing electrode, or the bonding force between the porous forming body and / or the porous forming body and the low- If the porous protective layer is contained in an amount exceeding 26 parts by weight, the porous protective layer may be cracked due to a decrease in mechanical strength, The shrinkage ratio is increased and a desired thickness may cause a problem that formation of the porous protective layer becomes difficult.

상기 용매의 경우 다공질 보호층 형성 조성물이 목적한 두께로 도포될 수 있을 정도의 점도를 유지할 수 있는 경우 용매의 함량은 달리 변경하여 사용할 수 있다.In the case of the above-mentioned solvent, if the viscosity of the composition for forming the porous protective layer can be maintained to a desired thickness, the content of the solvent may be changed and used.

상기 (1) 단계에서 소실온도는 200 ~ 400 ℃, 바람직하게는 300 ~ 400℃에서 진행될 수 있는데, 이와 같은 온도로 상기 조성물을 가열하여 저융점 단섬유를 소실시켜 기공을 형성한다.
In the step (1), the dissolution temperature may be 200 to 400 ° C, preferably 300 to 400 ° C. The composition is heated at such a temperature to dissolve the low melting point staple fibers to form pores.

다음으로, 상기 조성물에 포함된 저융점 단섬유에 대해 설명한다. Next, the low melting point staple fibers contained in the composition will be described.

먼저, 상기 저융점 단섬유는 상기 조성물에 기공형성제의 역할을 하는데, 상기 조성물을 가열함으로서 저융점 단섬유는 소실되고, 소실된 부분에는 기공이 형성될 수 있다.First, the low-melting-point staple fiber acts as a pore-forming agent in the composition. By heating the low-melting staple fiber, the low-melting staple fiber disappears and pores are formed in the lost portion.

일반적으로, 기공형성제로는 레진볼을 많이 사용하는데, 레진볼을 이용하여 기공을 형성할 경우, 레진볼을 통해 형성된 기공과 기공 사이의 윈도우 형성이 안되는 경우가 발생하여 기공이 막히는 경우가 발생할 수 있다. 또한, 레진볼을 포함하는 조성물의 표면장력 등에 의해 다공질 보호층 표면에 기공이 열리지 않고 닫히는 경우가 발생할 수 있다. In general, resin balls are used as a pore forming agent. When forming pores by using a resin ball, a window between the pores formed through the resin balls can not be formed, and the pores may be clogged have. In addition, the pores may not be opened on the surface of the porous protective layer due to the surface tension of the composition including the resin balls.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 있어서, 기공형성제의 역할로 저융점 단섬유를 이용할 수 있다.In order to solve such a problem, in the present invention, low melting point staple fibers can be used as a pore-forming agent.

이와 같은 상기 저융점 단섬유는 상기 다공질 보호층의 센싱전극과 대면하는 제1 표면과 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 관통할 수 있다. The low melting point staple fibers may pass through a first surface facing the sensing electrode of the porous protective layer and a second surface facing the first surface.

이와 같이 형성된 상기 저융점 단섬유는 소실되어 상기 다공질 보호층의 제1 표면과 제2 표면을 관통하는 관통기공을 형성시키고, 형성된 관통기공의 평균직경은 5.5 ~ 42㎛, 바람직하게는 5.95 ~ 35㎛, 더욱 바람직하게는 16 ~ 30㎛일 수 있다.
The low-melting-point staple fibers thus formed disappear to form through pores passing through the first surface and the second surface of the porous protective layer, and the average diameter of the through pores formed is 5.5 to 42 탆, preferably 5.95 to 35 Mu] m, more preferably from 16 to 30 [mu] m.

상기 저융점 단섬유는 섬도가 0.5 ~ 5데니어(denier), 바람직하게는 0.8 ~ 3데니어(denier), 더욱 바람직하게는 1.0 ~ 2.0데니어(denier)일 수 있다. 앞서 언급했듯이, 관통기공은 저융점 단섬유가 소실되어 형성되는데, 상기와 같은 섬도를 가지는 저융점 단섬유가 조성물에 포함됨으로서, 관통기공은 평균직경이 5㎛ ~ 40㎛, 바람직하게는 5.95㎛ ~ 35.9㎛, 더욱 바람직하게는 16㎛ ~ 24㎛일 수 있는 것이다.The low melting point staple fibers may have a fineness of 0.5 to 5 denier, preferably 0.8 to 3 denier, and more preferably 1.0 to 2.0 denier. As mentioned above, the through pores are formed by eliminating the low melting point staple fibers. By including the low melting staple fibers having the fineness as described above in the composition, the through pores have an average diameter of 5 탆 to 40 탆, preferably 5.95 탆 To 35.9 占 퐉, and more preferably from 16 占 퐉 to 24 占 퐉.

달리 말하면, 저융점 단섬유의 섬도가 0.5데니어(denier) 미만일 때, 저융점 단섬유가 소실되어 형성되는 관통기공의 평균직경이 5㎛ 미만으로 형성될 수 있어, 다공질 보호층의 가스 투과성이 저하되어 가스센서로의 타겟 가스의 공급 및/또는 방출이 원활하게 진행되기 어려움에 따라 가스센서의 출력이 감소할 수 있고, 저융점 단섬유의 섬도가 5데니어(denier)를 초과할 때, 저융점 단섬유가 소실되어 형성되는 관통기공의 평균직경이 40㎛를 초과하여 형성될 수 있어, 상기 관통기공으로 침투할 수 있는 배기가스 중의 액체물질, 피독물질이 다공질 보호층으로 침투 및 가스센서에 도달할 수 있어 이러한 물질로부터 가스센서를 보호하기 어려울 수 있고, 가스센서로의 적정량의 타겟 가스의 공급이 어려워 보다 정확한 타겟 가스 농도 측정이 어려워질 수 있다.
In other words, when the fineness of the low melting point staple fiber is less than 0.5 denier, the average diameter of the through pores formed by disappearance of the low melting point staple fibers can be formed to be less than 5 탆, and the gas permeability of the porous protective layer is lowered The output of the gas sensor can be reduced as the supply and / or discharge of the target gas to the gas sensor is difficult to smoothly proceed, and when the fineness of the low melting point staple fiber exceeds 5 denier, The average diameter of the through pores formed by the short fibers disappearing can be formed to be larger than 40 mu m so that the liquid material and the poisonous substance in the exhaust gas that can permeate through the through pores penetrate into the porous protective layer and reach the gas sensor It may be difficult to protect the gas sensor from such a material, and it may be difficult to measure the target gas concentration more accurately because it is difficult to supply a proper amount of the target gas to the gas sensor The.

한편, 상기 저융점 단섬유는 일단에서 타단으로 갈수록 섬도가 작아질 수 있다. 이와 같은 저융점 단섬유를 사용함으로서, 저융점 단섬유가 소실되어 형성되는 관통기공은 상기 다공질 보호층의 제2 표면에서 제1 표면으로 갈수록 직경이 커지게 형성될 수 있는 것이다.On the other hand, the fineness staple fibers may have a smaller fineness from one end to the other end. By using such low melting point staple fibers, the through pores formed by disappearance of the low melting point staple fibers can be formed to have a larger diameter from the second surface to the first surface of the porous protective layer.

구체적으로, 저융점 단섬유에서 섬도가 큰 일단은 다공질 보호층 제1 표면에 위치하고, 섬도가 작은 타단은 다공질 보호층 제2 표면에 위치하며, 상기 저융점 단섬유가 소실되어 관통기공을 형성할 때, 관통기공은 다공질 보호층이 제2 표면에서 제1 표면으로 갈수록 직경이 크게 형성할 수 있다. Specifically, one end of the low melting point staple fiber having a large fineness is located on the first surface of the porous protective layer, and the other end thereof having a small fineness is located on the second surface of the porous protective layer, and the low melting point staple fiber is disappeared to form through pores , The through pores can be formed to have a larger diameter as the porous protective layer moves from the second surface to the first surface.

앞서 언급했듯이, 본 발명의 다공질 보호층의 관통기공이 다공질 보호층이 제2 표면에서 제1 표면으로 갈수록 직경이 크게 형성하는 이유는 제2 표면의 관통기공의 직경은 작아 액체물질의 침입을 충분히 차단할 수 있고, 제1 표면의 관통기공의 직경은 커서 단열성을 부여할 수 있어 가스센서의 액체물질에 의한 손상을 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 가스센서로의 원활한 타겟가스를 공급할 수 있어 보다 빠르고 정확하게 타겟 가스 농도의 측정이 가능하도록 할 수 있기 때문이다.As mentioned above, the diameter of the through-pores of the porous protective layer of the present invention is increased from the second surface to the first surface because the diameter of the through-pores of the second surface is small, And the diameter of the through pores of the first surface is large, so that it is possible to impart heat insulation, thereby effectively suppressing the damage caused by the liquid material of the gas sensor, and to provide a smooth target gas to the gas sensor, It is possible to accurately measure the target gas concentration.

나아가, 관통기공은 다공질 보호층의 제2 표면의 직경과 제1 표면의 직경의 비가 1 : 1.8 ~ 6, 바람직하게는 1 : 2.0 ~ 4일 수 있다. 상기 제1 표면과 제2 표면 기공의 직경이 이와 같은 직경비를 가질 때, 상기 다공질 보호층은 가스센서로의 액체물질의 침입을 충분히 차단할 수 있고, 제1 표면은 제2 표면의 관통기공보다 직경이 커서 단열성을 부여할 수 있어 가스센서의 액체물질에 의한 손상을 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 가스센서로 원활하게 타겟 가스를 공급할 수 있어 가스센서의 액체물질에 의한 손상을 효과적으로 억제할 수 있다.
Further, the through pores may have a ratio of the diameter of the second surface of the porous protective layer to the diameter of the first surface of 1: 1.8 to 6, preferably 1: 2.0 to 4. When the diameter of the first surface and the second surface pore has such a diameter ratio, the porous protective layer can sufficiently block the penetration of the liquid material into the gas sensor, and the first surface has a larger diameter than the through pores of the second surface It is possible to effectively provide the gas sensor with the target gas, and it is possible to effectively suppress the damage caused by the liquid material of the gas sensor have.

한편, 상기 저융점 단섬유는 섬유장이 다공질 보호층의 평균두께보다 긴 것을 사용할 수 있다. 저융점 단섬유는 앞서 언급했듯이 소성되어 다공질 보호층의 제1 표면과 제2 표면을 관통하는 관통기공을 형성하기 때문에, 저융점 단섬유의 섬유장이 다공질 보호층의 평균두께보다 짧으면, 다공질 보호층의 제1 표면과 제2 표면을 관통하는 관통기공을 형성하기 어려울 수 있다. 예를 들어, 다공질 보호층의 평균두께가 100㎛일 때, 저융점 단섬유의 섬유장은 최소 100㎛ 이상일 수 있다.
On the other hand, the fiber having a fiber length longer than the average thickness of the porous protective layer may be used as the low melting point staple fiber. As described above, since the low melting point staple fibers are fired to form through pores passing through the first and second surfaces of the porous protective layer, if the fiber length of the low melting point staple fibers is shorter than the average thickness of the porous protective layer, It is difficult to form through pores passing through the first surface and the second surface of the substrate. For example, when the average thickness of the porous protective layer is 100 mu m, the fiber length of the low melting point staple fibers may be at least 100 mu m or more.

나아가, 상기 저융점 단섬유는 융점이 70 ~ 150℃, 바람직하게는 80 ~ 120℃인 폴리에스테르계 섬유가 사용될 수 있다.Further, the low melting point staple fibers may be polyester fibers having a melting point of 70 to 150 ° C, preferably 80 to 120 ° C.

앞서 언급했듯이, 상기 (1) 단계에서 저융점 단섬유의 소실온도는 200 ~ 400 ℃, 바람직하게는 300 ~ 400℃에서 진행될 수 있는데, 이 때, 소실되어 관통기공을 형성하는 저융점 단섬유의 융점이 150℃를 초과하게 된다면, 소실 반응에 있어서 불완전 연소하거나 열분해 반응이 일어나 탄화되어 비결정성 탄소를 생성할 수 있다. 이를 통해, 관통기공의 생성이 불완전하게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들어, 250 ~ 280℃의 융점을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyetylene terephtalalate, PET) 섬유로 관통기공을 형성한다면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyetylene terephtalalate, PET) 섬유는 일부 열분해 반응이 일어나 탄화되어 비결정성 탄소를 생성함으로서, 관통기공으로의 원활한 측정가스를 흐름을 방해할 수 있다.
As mentioned above, in the above step (1), the disintegration temperature of the low melting point staple fibers may be 200 to 400 ° C., preferably 300 to 400 ° C. At this time, the disintegration temperature of the low melting staple fibers If the melting point exceeds 150 ° C, incomplete combustion or pyrolysis reaction may occur in the disappearance reaction and carbonization may occur to generate amorphous carbon. This may lead to incomplete pore generation. For example, if a through-hole is formed with a polyethylene terephtalalate (PET) fiber having a melting point of 250 to 280 ° C, the polyetylene terephtalalate (PET) fiber is partially carbonized due to pyrolysis reaction, It is possible to prevent the flow of the measurement gas smoothly to the through pores.

한편, 상기 저융점 단섬유는 다공질 형성체 100 중량부에 대하여, 25 ~ 60 중량부가 포함될 수 있는데, 만일 저융점 단섬유가 25 중량부 미만으로 포함된다면, 다공질 보호층의 단위 체적당 평균 기공율이 떨어져, 가스 투과성이 저하되어 가스센서로의 타겟 가스의 공급 및/또는 방출이 원활하게 진행되기 어려워 가스센서의 출력이 감소할 수 있고, 60 중량부를 초과하여 포함된다면 다공질 보호층을 형성하기 어려워질 수 있다.
On the other hand, if the low melting point staple fiber is contained in an amount of 25 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the porous forming material, if the low melting staple fiber is contained in an amount of less than 25 parts by weight, the average porosity per unit volume of the porous protective layer The output of the gas sensor can be reduced, and if it exceeds 60 parts by weight, it is difficult to form the porous protective layer. .

다음으로, 상기 조성물에 포함된 상기 다공질 형성체를 설명하면 다음과 같다.Next, the porous formed body included in the composition will be described as follows.

상기 다공질 형성체는 다공질 보호층의 기본 골격을 이루는 부분으로서, 다공성을 가지며, 가스센서를 외부의 물리적/화학적 인자로부터 보호할 수 있다. The porous formed body is a part constituting the basic skeleton of the porous protective layer and has porosity and can protect the gas sensor from external physical / chemical factors.

또한, 상기 다공질 형성체는 목적하는 직경을 가지는 기공 및 목적하는 다공질 보호층의 단위 체적당 평균 기공율을 일정부분 조절할 수 있고, 세라믹 물질로서, 알루미나, 스피넬, 지르코니아, 이트륨 안정화된 지르코니아, 이산화티타늄, 산화지르코늄, 산화이트륨, 산화리튬, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화세슘 및 뮬라이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 알루미나, 스피넬, 지르코니아 및 이트륨 안정화된 지르코니아 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
The porosity of the porous formed body can be controlled by controlling the average porosity per unit volume of the pores having a desired diameter and the desired porous protective layer, Zirconium oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, lithium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, cesium oxide and mullite, preferably at least one selected from alumina, spinel, zirconia and yttrium stabilized zirconia can do.

다음으로, 본 발명의 다공질 보호층 형성방법은 (2) 단계에서 상기 저융점 단섬유가 소실된 조성물을 소성시켜 다공질 보호층을 형성하는 단계를 포함한다.Next, the method for forming a porous protective layer of the present invention includes a step of firing a composition in which the low melting point staple fiber is removed in step (2) to form a porous protective layer.

상기 (2) 단계에서 소성은 공기분위기하 및/또는 질소분위기하에서 바람직하게는 1100 ~ 1800 ℃, 보다 바람직하게는 1200 ~ 1700℃, 보다 더 바람직하게 1300 ~ 1600℃에서 진행될 수 있다. 만일 1100℃ 미만으로 수행하는 경우 목적하는 기공도, 기공직경을 가지는 다공질 보호층의 구현이 어려울 수 있으며, 1800℃를 초과하는 경우 가스센서가 열에 의해 손상 받을 수 있는 문제점이 있을 수 있다.The firing in the step (2) may be performed at a temperature of preferably 1,100 to 1,800 ° C, more preferably 1,200 to 1,700 ° C, and still more preferably 1,300 to 1,600 ° C under an atmosphere of air and / or nitrogen. If it is carried out at less than 1100 ° C, it may be difficult to realize a porous protective layer having a desired porosity and pore diameter. If the temperature is higher than 1800 ° C, the gas sensor may be damaged by heat.

또한, 본 발명에 있어서 다공질 형성체로 지르코니아 또는 이트륨 안정화된 지르코니아를 사용할 시에는 (2) 단계에서 소성은 공기 분위기하에서 진행되고, 만일 질소분위기하에서 진행된다면 격자 내 산소이온이 외부로 빠져나오는 흑변(blackening)이 발생할 수 있다. 이 뿐만 아니라, 상기 소성의 온도가 1100℃보다 낮으면 지르코니아 또는 이트륨 안정화된 지르코니아가 미소결되어 기계적 강도 저하의 문제가 발생할 수 있다.When zirconia or yttrium-stabilized zirconia is used as the porous body in the present invention, the calcination proceeds in an air atmosphere in step (2), and if it is carried out under a nitrogen atmosphere, blackening ) May occur. In addition, if the firing temperature is lower than 1100 ° C, zirconia or yttrium-stabilized zirconia may be microscopically damaged, resulting in a problem of mechanical strength deterioration.

상기 소성은 20분 ~ 5시간 동안 수행될 수 있으나, 소성시간은 이에 제한되는 것은 아니다.
The firing can be performed for 20 minutes to 5 hours, but the firing time is not limited thereto.

이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, each component specifically illustrated in the embodiments of the present invention can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
The present invention will now be described more specifically with reference to the following examples. However, the following examples should not be construed as limiting the scope of the present invention, and should be construed to facilitate understanding of the present invention.

실시예Example

실시예Example 1  One

(1) 이트륨 안정화된 지르코니아 분말 70g, 바인더 성분으로 폴리비닐부티랄 12g, 용매인 부틸알코올 25g 및 저융점 섬유인 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyetylene terephtalalate, PET) 섬유(일단의 섬도 0.5데니어, 타단의 섬도 3 데니어, 융점 90℃, 섬유장 100㎛) 30g을 포함한 조성물을 도 2와 같은 구조의 백금의 센싱전극을 포함하는 적층형 산소 가스센서의 센싱전극 상에 도포한 후, 300℃로 가열하여 저융점 단섬유를 소실시켰다.(1) 70 g of yttrium-stabilized zirconia powder, 12 g of polyvinyl butyral as a binder component, 25 g of butyl alcohol as a solvent, and 5 g of polyetylene terephthalalate (PET) fiber having a fineness of 0.5 denier and a fineness of 3 Denier, melting point 90 DEG C, fiber length 100 mu m) was applied onto a sensing electrode of a stacked type oxygen gas sensor including a platinum sensing electrode having the structure shown in Fig. 2, and then heated to 300 DEG C, The fibers were lost.

상기 조성물의 저융점 단섬유는 일단이 센싱전극과 대면하는 제1 표면에 위치하고, 타단이 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면에 위치하도록 설계하였다.The low melting point staple fiber of the composition is designed so that one end is located on the first surface facing the sensing electrode and the other end is located on the second surface facing the first surface.

(2) 상기 저융점 단섬유가 소실된 조성물을 1450℃로 소성시켜 소성 후의 평균두께가 70㎛가 되도록 표 1과 같은 다공질 보호층을 포함하는 가스센서를 제조하였다.
(2) The composition having the low melting point staple fiber disappeared was fired at 1450 占 폚 to prepare a gas sensor including the porous protective layer as shown in Table 1 so that the average thickness after firing was 70 占 퐉.

실시예Example 2 ~ 10 2 to 10

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, PET 섬유의 종류를 표 1 및 표 2와 같이 변경하여 하기 표 1 및 표 2과 같은 다공질 보호층을 포함하는 가스센서를 제조하였다.
A gas sensor including a porous protective layer as shown in Tables 1 and 2 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the types of PET fibers were changed as shown in Tables 1 and 2.

비교예Comparative Example 1 ~ 2 1-2

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, PET 섬유의 종류를 표 3과 같이 변경하여 하기 표 3과 같은 다공질 보호층을 포함하는 가스센서를 제조하였다.
A gas sensor including a porous protective layer as shown in Table 3 below was prepared by changing the kind of PET fibers as shown in Table 3.

비교예Comparative Example 3 ~ 4 3 to 4

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, PET 섬유의 종류를 표 3과 같이 변경하고, 상기 조성물의 저융점 단섬유는 센싱전극과 수평방향으로 위치하도록 설계하였다.
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the types of PET fibers were changed as shown in Table 3 and the low melting point staple fibers of the composition were designed to be positioned horizontally with the sensing electrodes.

실험예Experimental Example 1 One

상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 다공질 보호층을 포함하는 가스센서에 대해 하기 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
The following properties of the gas sensor including the porous protective layer prepared through the above Examples and Comparative Examples were measured and shown in Table 1.

1. 기공의 직경, 기공의 탄화물 형성 여부 및 단위 체적당 평균 기공율 측정1. Measurement of pore diameter, carbide formation of pores and average porosity per unit volume

제조된 다공질 보호층을 가스센서 일면에 수직한 방향으로 절단하여 가스센서와 맞닿은 면을 기준으로 20% 두께높이, 40% 두께높이, 60% 두께높이 및 80% 두께높이의 4개 부분 SEM 사진을 촬영 후, 100㎛×100㎛ 영역에 포함된 기공의 평균직경, 기공의 탄화물 형성 여부 및 단위 체적당 평균 기공율을 측정하였다.
The prepared porous protective layer was cut in a direction perpendicular to the surface of the gas sensor, and a four-part SEM photograph of 20% thick, 40% thick, 60% thick and 80% After photographing, the average diameter of the pores included in the area of 100 mu m x 100 mu m, the presence or absence of carbide formation of the pores, and the average porosity per unit volume were measured.

2. 가스센서의 크랙발생 유무2. Whether the gas sensor is cracked or not

가스센서의 온도를 800℃로 한 상태에서 다공질 보호층에 10㎕의 물방울을 2회 적하하였다. 적하 후, 다공질 보호층을 벗겨, 레드 체크(적색의 침투액을 표면에 도포하는 탐상법)에 의해 가스센서의 크랙 발생 유무를 광학현미경으로 관찰하여 크랙이 발생하지 않은 경우를 0, 발생 정도가 심할수록 1 ~ 5 로 표시하였다.
With the temperature of the gas sensor at 800 占 폚, 10 占 퐇 of water drops were dripped twice onto the porous protective layer. After the dropwise addition, the porous protective layer was peeled off and the presence or absence of cracks in the gas sensor was observed with an optical microscope by red check (a method of applying a red permeation liquid to the surface) The results are shown as 1 ~ 5.

3. 가스센서의 출력 평가3. Evaluation of gas sensor output

가스센서의 온도를 700℃로 한 상태에서 가스센서 출력을 측정하고, 하기 수학식 1에 의해 가스센서 출력의 변화율을 계산하였다. 가스센서 출력의 변화율이 0에 가까울수록 다공질 보호층의 가스 확산 저항이 작고, 가스센서로의 원활한 가스를 공급할 수 있으므로, 가스센서 출력의 저하가 억제된다. 베이스 가스센서는 다공질 보호층을 포함하지 않은 적층형 산소 가스센서를 사용하였다.
The gas sensor output was measured under the condition that the temperature of the gas sensor was set to 700 DEG C, and the rate of change of the gas sensor output was calculated by the following equation (1). The closer the rate of change of the gas sensor output is to zero, the smaller the gas diffusion resistance of the porous protective layer and the more smooth gas can be supplied to the gas sensor. As the base gas sensor, a stacked type oxygen gas sensor not including a porous protective layer was used.

Figure 112014102285142-pat00001
Figure 112014102285142-pat00001

구분division 실시예
1
Example
One
실시예
2
Example
2
실시예
3
Example
3
실시예
4
Example
4
실시예
5
Example
5
PET 섬유PET fiber 일단의 섬도A piece of fineness 0.5D0.5D 0.5D0.5D 0.5D0.5D 0.5D0.5D 1D1D 타단의 섬도The other end 3D3D 2.5D2.5D 2D2D 1.5D1.5D 3D3D 융점Melting point 90℃90 ° C 90℃90 ° C 90℃90 ° C 90℃90 ° C 90℃90 ° C

다공질 보호층


The porous protective layer
제2 표면 기공 평균직경Second Surface pore average diameter 5.8㎛5.8 탆 5.8 ㎛5.8 탆 5.8㎛5.8 탆 5.8㎛5.8 탆 11.1㎛11.1 탆
제1 표면 기공 평균직경First surface pore average diameter 34.22 ㎛34.22 탆 27.84㎛27.84 탆 22.62㎛22.62 탆 17.98㎛17.98 탆 32.19㎛32.19 탆 제2 표면 기공 평균직경 :
제1 표면 기공 평균직경
Second surface pore average diameter:
First surface pore average diameter
1 : 5.91: 5.9 1 : 4.81: 4.8 1 : 3.91: 3.9 1 : 3.11: 3.1 1 : 2.91: 2.9
단위 체적당 평균 기공율Average porosity per unit volume 41%41% 39%39% 37%37% 35%35% 43%43% 기공의 탄화물 형성 여부Carbide formation of pores ×× ×× ×× ×× ×× 가스
센서
gas
sensor
크랙발생 여부Crack occurrence 1One 1One 1One 1One 22
가스센서의 출력평가Evaluation of output of gas sensor -3.1-3.1 -2.9-2.9 -2.3-2.3 -1.9-1.9 -2.1-2.1

구분division 실시예
6
Example
6
실시예
7
Example
7
실시예
8
Example
8
실시예
9
Example
9
실시예
10
Example
10
PET 섬유PET fiber 일단의 섬도A piece of fineness 1D1D 1.5D1.5D 0.5D0.5D 1.5D1.5D 3D3D 타단의 섬도The other end 2D2D 3D3D 4D4D 1.5D1.5D 3D3D 융점Melting point 90℃90 ° C 90℃90 ° C 90℃90 ° C 90℃90 ° C 90℃90 ° C

다공질 보호층


The porous protective layer
제2 표면 기공 평균직경Second surface pore average diameter 11.1㎛11.1 탆 17.2㎛17.2 탆 5.8㎛5.8 탆 17.98㎛17.98 탆 32.19㎛32.19 탆
제1 표면 기공 평균직경First surface pore average diameter 22.61㎛22.61 탆 30.96㎛30.96 탆 44.66㎛44.66 탆 17.98㎛17.98 탆 32.19㎛32.19 탆 제2 표면 기공 평균직경 :
제1 표면 기공 평균직경
Second surface pore average diameter:
First surface pore average diameter
1 : 1.91: 1.9 1 : 1.81: 1.8 1 : 7.71: 7.7 1 : 11: 1 1 : 11: 1
단위 체적당 평균 기공율Average porosity per unit volume 40%40% 45%45% 45%45% 41%41% 54%54% 기공의 탄화물 형성 여부Carbide formation of pores ×× ×× ×× ×× ×× 가스
센서
gas
sensor
크랙발생 여부Crack occurrence 22 22 22 33 44
가스센서의 출력평가Evaluation of output of gas sensor -1.6-1.6 -1.5-1.5 -10.3-10.3 -7.3-7.3 -8.3-8.3


구분

division
비교예
1
Comparative Example
One
비교예
2
Comparative Example
2
비교예
3
Comparative Example
3
비교예
4
Comparative Example
4
PET 섬유PET fiber 일단의 섬도A piece of fineness 0.5D0.5D 1D1D 0.5D0.5D 1D1D 타단의 섬도The other end 1.5D1.5D 2D2D 1.5D1.5D 2D2D 융점Melting point 250℃250 ℃ 250℃250 ℃ 90℃90 ° C 90℃90 ° C

다공질 보호층


The porous protective layer
제2 표면 기공 평균직경Second surface pore average diameter 5.2㎛5.2 탆 10.7㎛10.7 탆
기공이 가스센서 표면과 수평방향으로 형성

Pore formed horizontally with gas sensor surface
제1 표면 기공 평균직경First surface pore average diameter 15.6㎛15.6 탆 19.38㎛19.38 탆 제2 표면 기공 평균직경 :
제1 표면 기공 평균직경
Second surface pore average diameter:
First surface pore average diameter
1 : 31: 3 1 : 1.91: 1.9
단위 체적당 평균 기공율Average porosity per unit volume 28%28% 30%30% 35%35% 40%40% 기공의 탄화물 형성 여부Carbide formation of pores 00 00 ×× ×× 가스
센서
gas
sensor
크랙발생 여부Crack occurrence 33 33 33 44
가스센서의 출력평가Evaluation of output of gas sensor -12.3-12.3 -12.2-12.2 -15.8-15.8 -14.5-14.5

구체적으로 상기 표 1 내지 표 3에서 확인할 수 있듯이, 융점이 90℃인 PET 섬유를 사용한 실시예 1 ~ 10은 기공의 탄화물이 형성되지 않았지만, 융점이 250℃인 PET 섬유를 사용한 비교예 1 ~ 2은 기공의 탄화물이 형성되었다.Specifically, as shown in Tables 1 to 3, in Examples 1 to 10 using PET fibers having a melting point of 90 占 폚, no carbides of pores were formed, but Comparative Examples 1 to 2 using PET fibers having a melting point of 250 占 폚 The carbide of the pore was formed.

또한, 실시예 1 ~ 10은 가스센서의 출력이 비교예 1 ~ 2보다 우수함을 확인할 수 있었고, 크랙이 덜 발생함을 확인할 수 있다.
In Examples 1 to 10, it was confirmed that the output of the gas sensor was superior to those of Comparative Examples 1 and 2, and it was confirmed that less cracks were generated.

또한, 실시예 4 및 6과 비교예 3 및 4를 비교하면, 가스센서의 맞닿는 표면과 수직한 방향으로 형성된 실시예 4 및 5가 기공이 가스센서의 맞닿는 표면과 수평한 방향으로 형성된 비교예 3 및 4 보다 가스센서의 출력이 우수할 뿐만 아니라, 크랙이 덜 발생함을 확인할 수 있었다.
Comparing Examples 4 and 6 with Comparative Examples 3 and 4 shows that Examples 4 and 5 formed in a direction perpendicular to the abutting surface of the gas sensor were compared with Comparative Examples 3 and 4 in which pores were formed in a direction parallel to the abutting surface of the gas sensor And 4, and it was confirmed that cracks were generated less.

또한, 실시예 1 내지 7과 실시예 8을 비교하면, 다공질 보호층의 제2 표면의 직경과 제1 표면의 직경의 비가 1 : 1.8 ~ 5.9인 실시예 1 내지 7이 다공질 보호층의 제2 표면의 직경과 제1 표면의 직경의 비가 1 : 7.7인 실시예 8보다 가스센서의 출력이 우수함을 확인할 수 있었다.
Comparing Examples 1 to 7 and Example 8, Examples 1 to 7, in which the ratio of the diameter of the second surface of the porous protective layer to the diameter of the first surface is 1: 1.8 to 5.9, It was confirmed that the output of the gas sensor was superior to that of Example 8 in which the ratio of the diameter of the surface to the diameter of the first surface was 1: 7.7.

마지막으로, 실시예 4와 실시예 9를 비교하면, 기공이 다공질 보호층의 제2 표면에서 제1 표면으로 갈수록 직경이 커지는 실시예 4가 다공질 보호층의 제2 표면 및 제1 표면의 기공의 크기가 동일한 실시예 9보다 가스센서의 출력이 우수할 뿐만 아니라, 크랙이 덜 발생함을 확인할 수 있었고, 실시예 5 및 7과 실시예 10을 비교하면, 기공이 다공질 보호층의 제2 표면에서 제1 표면으로 갈수록 직경이 커지는 실시예 4 및 7이 다공질 보호층의 제2 표면 및 제1 표면이 기공의 크기가 동일한 실시예 10보다 가스센서의 출력이 우수할 뿐만 아니라, 크랙이 덜 발생함을 확인할 수 있었다.
Finally, comparing Example 4 with Example 9, Example 4, in which the pores become larger from the second surface to the first surface of the porous protective layer, is larger than the second surface of the porous protective layer and the pores of the first surface It was confirmed that not only the output of the gas sensor but also the cracks was less than that of Example 9 having the same size. Comparing Examples 5 and 7 and Example 10, it can be seen that pores are formed on the second surface of the porous protective layer Examples 4 and 7 in which the diameter increases toward the first surface are superior to those of Example 10 in which the second surface and the first surface of the porous protective layer have the same pore size, .

20 : 전극 센싱부 22 : 외부 센싱전극
24 : 센서시트 40 : 전극 기준부
42, 46, 62, 66 : 절연층 44 : 내부기준전극
48 : 기준시트 60 : 히터부
64 : 히터전극 68 : 터널시트
70 : 터널전극 80 : 관통기공
100 : 가스센서 200 : 다공질 보호층
20: Electrode sensing part 22: External sensing electrode
24: sensor sheet 40: electrode reference portion
42, 46, 62, 66: insulating layer 44: internal reference electrode
48: reference sheet 60: heater part
64: heater electrode 68: tunnel sheet
70: Tunnel electrode 80: Through-hole porosity
100: gas sensor 200: porous protective layer

Claims (19)

가스센서의 센싱전극을 보호하는 가스센서용 다공질 보호층에 있어서,
상기 다공질 보호층은 센싱전극과 대면하는 제1 표면과 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 관통하며, 저융점 단섬유의 소실로 형성된 관통기공을 포함하며,
상기 관통기공은 상기 제2 표면에서 제1 표면으로 갈수록 직경이 커지고,
상기 관통기공의 제2 표면에서 직경과 제1 표면에서 직경의 비가 1 : 1.8 ~ 6인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질 보호층.
A porous protective layer for a gas sensor for protecting a sensing electrode of a gas sensor,
Wherein the porous protective layer comprises a through pore formed through a first surface facing the sensing electrode and a second surface opposite the first surface, the through hole being formed by the disappearance of the low melting point staple fibers,
The diameter of the through pores increases from the second surface to the first surface,
Wherein the ratio of the diameter at the second surface of the through pores to the diameter at the first surface is 1: 1.8-6.
제1항에 있어서,
상기 관통기공의 평균직경은 5.5 ~ 42㎛인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질 보호층.
The method according to claim 1,
Wherein the average diameter of the through pores is 5.5 to 42 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 다공질 보호층의 단위 체적당 평균 기공율은 20 ~ 60%인 것을 특징으로 하는 가스센서용 다공질 보호층.
The method according to claim 1,
Wherein the porous protective layer has an average porosity of 20 to 60% per unit volume of the porous protective layer.
삭제delete 삭제delete 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 가스센서용 다공질 보호층; 을 포함하는 가스센서용 전극.A porous protective layer for a gas sensor according to any one of claims 1 to 3; And an electrode for a gas sensor. 제6항에 있어서,
상기 다공질 보호층의 두께는 20 ~ 200㎛인 것을 특징으로 하는 가스센서용 전극.
The method according to claim 6,
Wherein the porous protective layer has a thickness of 20 to 200 占 퐉.
제6항에 따른 가스센서용 전극을 외부 센싱 전극으로 포함하는 가스센서.A gas sensor comprising an electrode for a gas sensor according to claim 6 as an external sensing electrode. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 가스센서용 다공질 보호층; 을 포함하는 가스센서.
A porous protective layer for a gas sensor according to any one of claims 1 to 3; .
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