陶磁器加飾技術を利用した環境ガスセンサの設計とプロセッシング

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12792014
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 江頭 誠 長崎大学, 工学部, 教授 (60037934)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 和田 憲治 佐世保工業高等専門学校, 助教授 (30044457) ; 兵頭 健生 長崎大学, 工学部, 助手 (70295096) ; 清水 康博 長崎大学, 工学部, 助教授 (20150518) ; 川原 昭彦 佐賀県窯業技術センター, 特別研究員
• Keywords: 転写印刷 / ヘテロ積層 / 半導体センサ / NOx / 水素 / 可燃性ガス / ジエトキシジメチルシラン / 表面化学修飾

Research Abstract

本年度は,まず,転写印刷法によりヘテロ積層化した半導体ガスセンサの特性を評価した。NOxセンサに関しては,酸化タングステン膜に1.0wt%白金担持アルミナ膜を積層させた素子(1.0Pt-Al_2O_3/WO_3)が100ppm NOおよび100ppm NO_2にほぼ等しい感度を示した。よってこのセンサ素子は,燃焼制御に利用可能な全NOxセンサとして利用可能であることを明らかにした。また,H_2センサに関しては,下層に比べて上層に低抵抗の酸化物層を積層し(例えばSnO_2/TiO_2など),導電パスを上層経由ルートへと変化させてガス感応部を電極-上層間に挟まれたエリアだけに限定することにより,ガス感度や応答・回復特性が改善することを明らかにした。一方,一般的なセンサ基板は緻密アルミナ焼結体を用いるが,この表面に針状ムライト多孔質層を取り付けたのち,更にその上部にPt電極と酸化物層を形成したセンサ素子を作製したところ,緻密基板を用いたセンサに比べて,n-C_4H_<10>およびNO_2に対する感度および応答・回復特性がかなり向上した。これは,基板を多孔質化することによりPt電極間の導電パス領域のガス拡散性が向上し,被検ガスの酸化反応や酸化物表面への吸脱着がスムーズになるためと考えられる。さらに,ジエトキシジメチルシラン(DEMS)によるSnO_2粉末への表面化学修飾処理がセンサ特性に与える影響を検討した。その結果,DEMS化学修飾処理回数を最適化することにより大幅にH_2やCH_4,C_3H_8などの可燃性ガスに対する感度が向上すること,PtやPdを担持することによりさらにガス感度や応答・回復特性が大きく改善されることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] A.Kawahara: "Gas-Sensing Properties of Semiconductor Heterolyaers Fabricated by a Slide-Off Printing Method"Sensors and Actuators B. Vol.65 No.1-3. 17-22 (2000)
• [Publications] T.Hyodo: "Gas Sensing Properties of Semiconductor Heterolayer Sensors Fabricated by Slide-Off Transfer Printing"Abstract Book of the 8th International Meeting on Chemical Sensors, July 2-5, 2000, Basel, Switzerland. 73 (2000)
• [Publications] 川原昭彦: "半導体ガスセンサ基板の多孔質化"Chemical Sensors. Vol.16 No.B. 118-120 (2000)
• [Publications] 兵頭健生: "転写印刷法によるヘテロ積層型NOxセンサの開発"Sensors and Actuators B. Vol.16 No.B. 121-123 (2000)
• [Publications] K.Wada: "Hydrogen Sensing Properties of SnO_2 Subjected to Surface Chemical Modification with Ethoxysilanes"Sensors and Actuators B. Vol.62 No.3. 211-219 (2000)
• [Publications] T.Hyodo: "Hydrogen Sensing Properties of SnO_2 Varistors Loaded with SiO_2 by Surface Chemical Modification with Diethoxydimethylsilane"Sensors and Actuators B. Vol.64,No.1-3. 175-181 (2000)
• [Publications] 和田憲治: "ジエトキシジメチルシランで表面化学改質したSnO_2のガス検出特性に及ぼすPd及びPtの添加効果"電気学会論文誌E. Vol.120 No.10. 452-467 (2000)
• [Publications] T.Hyodo: "Gas Sensing Properties of Semiconductor Heterolayer Sensors Fabricated by Slide-Off Transfer Printing"Sensors and Actuators B. (印刷中). (2001)