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環境計測用としての高性能固体電気化学式ガスセンサの開発

Research Project

Project/Area Number 12J03445
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Structural/Functional materials
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

佐藤 伴光  九州大学, 産学連携センター, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2012 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords安定化ジルコニア / 酸化スズ / カーボン / アンモニア / 窒素酸化物 / YSZ / 環境モニタリング / VOC / NiO / シミュレーション
Research Abstract

本研究は、高度な環境計測用ガスセンサの構築を最終目標とし、酸化物系薄膜材料の探索と材料の微細構造の制御、およびその電気化学特性の評価・検討を行うものである。今年度は、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を主構成材料に用いた固体電解質型ガスセンサについて、センサ構造の制御や新規的な検知極材料の探索を行うことで以下のような結果を得た。
SnO_2ディスクを検知極として用いたYSZ素子について、SnO_2/YSZ界面へのAuの形成によるガス検知特性への影響を調べた。SnO_2ディスク表面にAuをスパッタにより形成することで、他ガスに対する感度は大幅に低下した一方でNH_3に対する感度は増加したため、NH_3選択性を改善することに成功した。本素子は10~250ppmの種々の濃度のNH_3に対して良好な応答性を示し、NH_3濃度の対数値と感度の間に良好な直線性が見られた。次に、本素子のガス検知メカニズムについて検討を行うために、SnqディスクおよびSno_2ディスク/Au検知極素子の分極曲線を測定した。その結果、Auの存在によりNH_3に対するアノーディク活性が特に大きく増加しており、これによってNH_3感度が大幅に増加したことが分かった。
カーボンを検知極材料としたYSZセンサについて検討を行った。まず、種々のカーボンについてガス検知特性の検討を行ったところ、中でも活性炭検知極素子は、NO_2にのみ選択的に応答するという優れた特性を示した。本素子は、2.5ppmという低濃度のNO_2を検知可能で、測定を行った14日間は比較的安定したNO_2感度を示した。次に、本素子のガス検知メカニズムについて検討を行うために、N_2中において分極曲線を測定したところ、NOにはほとんど活性を示さなかった一方NO_2に対して高い活性が得られた。よって、本素子では、検知極/YSZ界面においてNOよりもNO_2に対して電気化学的反応が優位に進むことで良好なNO_2選択性が得られることを明らかにした。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2014 2013 2012 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (11 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Reduction in Ethanol Interference of Zirconia-based Sensor for Selective Detection of Volatile Organic Compounds2013

    • Author(s)
      Tomoaki Sato, Michael Breedon, Norio Miura
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 160(9) Issue: 9 Pages: B146-B151

    • DOI

      10.1149/2.007309jes

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Selectivity Enhancement of YSZ-based VOC Sensor Utilizing SnO_2/NiO-SE via the Application of a Physical Gas-diffusion Barrier2013

    • Author(s)
      Tomoaki Sato, et al
    • Journal Title

      ECS Transactions

      Volume: 50(12) Issue: 12 Pages: 129-137

    • DOI

      10.1149/05012.0129ecst

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Improvement of Toluene Selectivity via the Application of an Ethanol Oxidizing Catalytic Cell Upstream of a YSZ-Based Sensor for Air Monitoring Applications2012

    • Author(s)
      Tomoaki Sato, et al
    • Journal Title

      Sensors (電子ジャーナル)

      Volume: 12(4) Issue: 4 Pages: 4706-4714

    • DOI

      10.3390/s120404706

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Gas Selectivity Improvement of YSZ-based VOC Sensor via Application of Selective Catalytic Layer over Sensing-electrode2012

    • Author(s)
      Tomoaki Sato, et al
    • Journal Title

      Proceedings of the 14th International Meeting on Chemical Sensors

      Pages: 566-568

    • DOI

      10.5162/imcs2012/6.5.2

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Journal Article] Sensing performance of zirconia-based gas sensor using titania sensing-electrode added with palladium

    • Author(s)
      Yuki Fujio, Tomoaki sato, Norio Miura
    • Journal Title

      Solid State Ionics

      Volume: (印刷中)

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Zirconia-based gas sensor using carbon sensing-electrode for sensitive and selective detection of NOx2014

    • Author(s)
      Tomoaki Sato, Hiroshi Ikeda, Norio Miura
    • Organizer
      The 15th International Meeting on Chemical Sensors
    • Place of Presentation
      Buenos aires (Argentina)
    • Year and Date
      2014-03-19
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Gas Sensing Characteristics of Zirconia-based Sensor Using SnO_2/Au Sensing-electrode2013

    • Author(s)
      Tomoaki Sato, Hiroshi Ikeda, Norio Miura
    • Organizer
      The 10th Asian Conference on Chemical Sensors
    • Place of Presentation
      Chiang Mai (Thailand)
    • Year and Date
      2013-11-13
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸化物/YSZ界面へのAuスパッタによるガス検知特性への影響2013

    • Author(s)
      佐藤伴光、池田弘、三浦則雄
    • Organizer
      第55回化学センサ研究発表会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2013-09-28
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 緻密な金属酸化物ディスクを検知極としたジルコニアセンサのガス検知特性2013

    • Author(s)
      佐藤伴光、三浦則雄
    • Organizer
      第50回化学関連支部合同九州大会
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場(福岡)
    • Year and Date
      2013-07-06
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of Pd addition to rod-shaped TiO_2 sensing electrode on hydrocarbon sensing performance of zirconia-based gas sensor2013

    • Author(s)
      Yuki Fujio, Tomoaki sato, Norio Miura
    • Organizer
      The 19th International Conference on Solid State Ionics
    • Place of Presentation
      京都(日本)
    • Year and Date
      2013-06-04
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 芳香族炭化水素の選択的検知が可能な高感度VOCセンサ2013

    • Author(s)
      佐藤伴光
    • Organizer
      第54回化学センサ研究発表会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城)
    • Year and Date
      2013-03-29
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 室内大気環境計測を目指した全固体型VOCセンサ2012

    • Author(s)
      佐藤伴光
    • Organizer
      2012年日本化学会西日本大会
    • Place of Presentation
      佐賀大学(佐賀)
    • Year and Date
      2012-11-10
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] SIMULATION OF TOLUENE SENSITIVITY, FOR YSZ-BASED SENSOR UTILIZING NiO SENSING-ELECTRODE2012

    • Author(s)
      佐藤伴光
    • Organizer
      9th International Symposium on NCRS
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡)
    • Year and Date
      2012-11-03
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Diminishing Ethanol Cross-sensitivity via Lamination of Selective Oxidation Catalyst layer2012

    • Author(s)
      佐藤伴光
    • Organizer
      PACIFIC RIM MEETING ON ELECTROCHEMICAL AND SOLOD-STATE SCIENCE
    • Place of Presentation
      Hawaii USA
    • Year and Date
      2012-09-09
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] YSZセンサの検知極へのSnO_2触媒層付加によるVOC選択性の改善2012

    • Author(s)
      佐藤伴光
    • Organizer
      第49回化学関連支部合同九州大会
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場(福岡)
    • Year and Date
      2012-06-30
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Gas selectivity improvement of YSZ-based VOC sensor via application of selective catalytic layer over sensing-electrode2012

    • Author(s)
      佐藤伴光
    • Organizer
      The 14th International Meeting on Chemical Sensors
    • Place of Presentation
      Nuremberg Germany
    • Year and Date
      2012-05-23
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.astec.kyushu-u.ac.jp/miura/lab.html

    • Related Report
      2013 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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