粒界のミクロ制御におるバリスタ型環境ガスセンサの設計

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450270
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 清水 康博 長崎大学, 大学院・生産科学研究科, 助教授 (20150518)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 兵頭 健生 長崎大学, 工学部, 助手 (70295096) ; 江頭 誠 長崎大学, 工学部, 教授 (60037934)
• Keywords: SnO_2 / 表面処理 / ゼータ電位 / TiO_2 / 陽極酸化 / 界面接合状態 / WO_3 / SO_2

Research Abstract

本年度は下記の3項目について検討し、それぞれ次のような成果を得た。
1)SnO_2の表面処理とゼータ電位との関係:SnO_2に担持するCr_2O_3が0.1mol%と低い場合には、等電点を示すpHの値はSnO_2単独に比べて低下した。しかし、Cr_2O_3担持量が1.0mol%と増加すると、等電点を示すpHの値がSnO_2単独に比べて増加した。したがって、SnO_2表面のCr_2O_3担持量の微少な変化によって、ゼータ電位が大きく変化することを確認した。また、SnO_2表面をステアリン酸で処理しても等電点に大きな変化は認められなかったが、セバシン酸で処理すると等電点が高いpH値へ変化することがわかった。
2)陽極酸化TiO_2膜のガス検出特性:Ti板を20℃の0.5M硫酸水溶液中、100mA/cm^2の電流密度で陽極酸化したTiO_2膜は、多数のナノホールを有し、ルチルとアナターゼの混合相からなるカラム状構造を示した。この膜にPd電極を取り付けたセンサはダイオード型の電流-電圧特性を示し、空気中および窒素中の水素に対して高いガス感度と可逆的かつ迅速な応答を示した。このようなセンサ特性は、TiO_2膜とTiおよびPdとの界面の接合状態およびナノホールの存在状態に起因していることがわかった。特に、このセンサは窒素ガス中でも可逆的応答を示すため、ロケットの燃料漏れ検出器等、特殊環境用センサとしての用途が期待される。
3)Ag/WO_3系SO_2ガスセンサにおけるAgの役割:Ag/WO_3系ガスセンサのSO_2検出特性における担持Agの役割を、XPSを用いて検討した。SO_2ガス感度はAgの担持量が1.0wt%の時に最も高い値を示した。この高いガス感度は、Ag表面の2個の化学吸着酸素とSO_2ガスとの反応で生じるSO_4^<2->吸着種の生成に起因していることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Y.Shimizu: "SO_2 Sensing Mechanism of Ag/WO_3 -Surface States and Electronic Interactions -"Electrochemistry. Vol.69 No.2. 109-116 (2001)
• [Publications] Y.Shimizu: "Improvement of SO_2 Sensing Properties of WO_3 by Noble Metal Loading"Sensors and Actuators B. Vol.77 No.1-2. 35-40 (2001)
• [Publications] Y.Shimizu: "NO_x Sensing Properties of Varistor-Type Gas Sensors Consisting of Micro p-n Junctions"J. Electroceramics. Vol.6 No.3. 209-217 (2001)
• [Publications] A.Jono: "NO_x Sensing Properties of Cr_2O_3-SnO_2 Sensors Fabricated by Slide-Off Transfer Printing"Proc. of the 5th East Asian Conference on Chemical Sensors. 282-284 (2001)