바카라 커뮤니티 [Yoshikawa Hiroyuki 회장] (이하 "AIST")고급 제조 프로세스 연구 부서[Research Division Director Mitome Hideto] 기능 모듈화 연구 그룹 [Research Group Director Awano Masanobu] Hamamoto Koichi Special Research Fellow AIST는 매우 민감한 고속 응답 실시간 바카라 센서를 개발했습니다
기존의 실시간 바카라 센서는 엔진 배기 가스와 같은 가혹한 환경에서 내구성과 내열에 문제가 있으며 이에 대한 해결책은 세라믹입니다소프트 전해질 (산소 이온 도체)를 사용하는 센서 개발되었습니다 그러나 센서 구조가 복잡하고 실시간 바카라 농도는 여러 단계의 전기 화학 반응을 결합하여 측정되기 때문에, 고속 반응은 본질적으로 어려우며, 이는 배기 가스의 정제를 촉진하고 자동차의 연료 효율을 향상시키는 데 어려움이있었습니다
개발 된 새로운 실시간 바카라 센서는 실시간 바카라를 검출하는 전극 표면의 나노 구조를 정확하게 제어하여 매우 높은 실시간 바카라 분자 선택성을 달성했습니다전기 화학 셀구조 개선을 통한직접 감지 유형 실시간 바카라 분자 감지의 응답 속도 이전보다 약 5 배 더 개선되었으며 실시간 바카라 분자에 대한 감지 감도는 약 2 배 증가했습니다
고감도 센서를 사용한 엔진 연소 제어는 특히 디젤 차량에서 실시간 바카라 배출량을 줄이고 연료 효율을 향상 시키며 공기 환경의 보존 및 이산화탄소 배출을 감소시키는 데 기여할 것으로 예상됩니다
이 연구의 결과는 7 월 2 일부터 6 일까지 중국 상하이에서 개최 될 솔리드 스테이트 이온 닉스 (SSI-16)에 관한 16 차 국제 회의에서 발표 될 예정이다
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| 그림 1 : 새로 개발 된 실시간 바카라 센서 |
자동차의 연비 개선으로 인한 CO2배출 감소의 사회적 요구를 충족시키기 위해 가솔린 엔진 차량을 이용할 수 있습니다Lean Burn (Lean Burn)기술 개발이 활발하게 수행되고 있습니다 그러나 엔진 연소가 린 화상 인 경우 CO2감소하지만 실시간 바카라 배출량은 증가합니다 린 화상은 배기 가스에서 산소 농도가 높기 때문에 기존의 3 방향 촉매를 사용하여 실시간 바카라를 줄일 수 없습니다 따라서, 린 번에, 실시간 바카라는 기본 물질에 저장되고 저장량이 포화되면 엔진이 엔진에 배치됩니다풍부한 스파이크 (과도한 연료 공급)일시적으로 증가한 연료로 흡착 된 실시간 바카라를 줄이고 정제합니다 그러나 현재 사용중인 기술은 엔진 사용 영역에서 배기 가스 조건의 테스트 매핑으로부터 모델 계산을 사용하여 저장된 실시간 바카라의 양을 추정하여 풍부한 스파이크 추가시기를 얻는 방법입니다 이것은 배기 가스에서 실시간 바카라 농도를 직접 감지하지 않으므로 다양한 실제 작동 조건에서도 올바르게 작동하는지 여부를 확인해야합니다
또한 디젤 엔진 차량에서 실시간 바카라 및 UNBURNED CARBON (PM) 배출량은 트레이드 오프이며 실시간 바카라 배출이 억제되면 PM 배출량이 증가 할 것이므로 실시간 바카라 배출량은 규제 값의 한계에서 제어되어야하며 PM 배출량은 실시간 바카라 감지를 사용하여 최소화해야합니다
이러한 이유로, 높은 탐지 속도와 높은 탐지 감도 및 정량 성을 가진 차량에 사용하기위한 소형 고성능 실시간 바카라 센서를 개발할 수있는 강력한 수요가 있습니다 이러한 센서를 사용하여 실시간 바카라 방출을 가끔씩 모니터링하고 연료를 절약하기 위해 필요한 최소 리치 스파이크 만 제공함으로써보다 효율적인 실시간 바카라 방출 제어 및 개선 된 연료 효율이 달성 될 것으로 예상됩니다
AIST는 고체 전해질을 사용하여 실시간 바카라를 정제하기위한 고성능 전기 화학 반응기를 성공적으로 개발했으며, 이전에 불가능한 것으로 간주 된 높은 산소 부분 압력 하에서도 실시간 바카라를 고도로 선택적으로 분해 할 수있었습니다 (AIST TODAY 200606 [PDF : 872KB]등) 이 전기 화학 반응기에서, 실시간 바카라 분자의 고도로 선택적 흡착/분해 반응 필드는 자체 조립 된 촉매 반응 전극에 형성된 나노 구조 구조에 의해 형성된다
따라서, 본 발명자들은이 실시간 바카라 정제 전기 화학 반응기의 촉매 전극의 높은 실시간 바카라 선택성을 센서로 적용하기위한 최적의 전극 구조 및 전극 형성 방법을 조사하고 고성능 실시간 바카라 센서의 개발에 도달 하였다
이 결과는 전해질로서 높은 산소 이온-도전성 스칸듐 안정화 지르코니아 세라믹을 사용하여 검출 전극의 미세 구조를 제어하여 300 ° C의 낮은 온도에서도 분자에 대한 높은 검출 기능 및 반응 속도를 보여주는 것으로 얻어졌다수소 전위 센서에 적용 가능성 발견되었습니다
실제 센서는 두께가 약 1cm x 25mm x 300nm 인 1 챔버 전기 화학 셀이었습니다혼합 펄스 레이저 증착 방법, 지르코니아 도자기 등 SIO2센서 구조를 형성하기 위해 기판 상에 형성되었습니다 (그림 2) 무화과 1은 4 개의 센서가있는 실험 센서 어레이의 사진입니다 이 세포는 1000 ppm에 대해 대략 100 mV의 전자 력 변화를 나타내었고, 350 ℃에서 5% 산소를 함유하는 질소 가스로 희석되지 않은 가스가없고, 가스가없는 경우에도 세계적 수준의 검출 특성을 나타냈다 (도 3) 또한,도 1에 도시 된 바와 같이 도 4에서, 검출 전극의 미세 구조가 최적화되고, 응답 속도는 90% 응답으로 5 초 이하로 매우 빠른다 (측정 조건에서 실제 감지 속도가 측정 된 시간보다 훨씬 빠르다는 것이 분명하다) 구조적 최적화 이전의 요소의 빠른 응답 속도조차도 600 ° C 이상의 고온에서 1 분 이상이 필요합니다 하이브리드 전위 센서에서, 응답 속도는 가스 흡착 및 탈착 능력에 의존하므로 가스 흡착 및 탈착 속도가 느린 저온 측면에서 센서 응답이 느립니다 이러한 이유로, 300 ° C의 온도에서 하이브리드 전위 센서의 개발은 거의 없었다 이러한 극적인 성능 개선은 다음과 같은 두 가지 개선을 통해 달성되었다 1) 실시간 바카라 정제 반응기는 고도로 선택적 분해 반응 필드를 증가 시키는데 효과적 이었지만, 센서로서, 촉매 검출 전극의 감소로 인한 나노 니 입자의 형성과 관련된 다공성은 필름 두께 (100 nm 미만)를 얇게함으로써 억제되었다 2) 대부분의 기준 전극은 전해질 내부에 내장되어 기준 전극으로 가스 흡착 및 탈착을 억제하여 응답 속도의 손실을 초래합니다
현재 개발중인 "Multi-Chamber"제한 전류 센서는 비교적 정확한 탐지가 가능하지만 현재 값이 매우 낮기 때문에 시스템은 복잡하고 비싸다 또한 100 ppm 미만의 실시간 바카라를 감지하기가 어렵습니다 이는 촉매 성능을 모니터링하기위한 전제 조건입니다 대조적으로, 성공적으로 개발 된 새로운 실시간 바카라 센서 기술은 또한 간단한 구조로 더 많은 양의 실시간 바카라를 감지 할 수 있다는 사실을 특징으로한다
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| 그림 2 객실 전기 화학 세포 구조의 회로도 |
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| 그림 3 가스 감지 특성 비교 (농도 없음 : 1000ppm) |
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| 그림 4 실시간 바카라 센서의 응답 특성 |
앞으로, 우리는 실시간 바카라 감지 감도 및 응답 속도를 더욱 향상시키고 내구성과 공존 가스의 영향을 평가하고 필요한 개선 프로세스를 진행하여 실질적인 사용으로 개발하기 위해 셀 구조를 개발할 계획입니다