質量制御型交互積層によるナノ構造制御高機能センサ感応膜の構築

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550014
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 白鳥 世明 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (00222042)
• Keywords: ガスセンサ / 有害ガス / 薄膜積層法 / 交互吸着法 / ヘテロ構造 / 水晶振動子 / リン酸ジルコニウム / 高比表面積

Research Abstract

本研究では現状のアンモニアガスセンサの問題点に着目し、センサ感応部の比表面積を大きくすることで従来では難しいとされている低濃度なアンモニアガスを測定可能なアンモニアガスセンサの作製に取り組んだ。具体的にはセンサ素子として水晶振動子を用い、この水晶振動子にアンモニアを吸着脱離するリン酸ジルコニウムをセンサ感応膜として製膜した。製膜方法としては基板に膜を塗布するキャスト法を用いた。リン酸ジルコニウム感応膜の比表面積を広げる方法としては、層状結晶α-リン酸ジルコニウムの層間剥離を行なうことで剥離微粒子を作製し、これを製膜することでより広い比表面積を有したセンサ感応膜が作製可能となった。
水晶振動子式ガスセンサでは対象ガスによって感応膜の種類を選定することにより、非常に高い選択性を有することが可能である。本研究では水晶振動子式ガスセンサの選択性に着目して水晶振動子式のガスセンサを作製した。しかし、従来の水晶振動子式ガスセンサでは、感度が低いという欠点が存在する。従来の欠点である感度を克服するために、高比表面積材料をセンサ感応膜として用い、より高感度な水晶振動子式ガスセンサの作製を目指した。
これまでの研究結果を元に、実用化に向けたセンサデバイスのプロトタイプを作製した。センサデバイスに作製したQCM型センサ素子の他に温度、湿度センサを組み込んだ。
各センサから得られた温湿度のデータを作製したアンモニアガスセンサにフィードバックすることにより、より正確なアンモニア濃度の検知を試みた。さらに、実際に市販されている半導体型アンモニアガスセンサとの性能比較を行なったところ、応答時間はほぼ同程度であった。また、作製したセンサデバイスの方が湿度依存は大きいものの低濃度のアンモニアに対する感度は優れているということが判明した。

Research Products

• [Publications] S.Kushida, S.Shiratori: "The Fabrication of Porous Sensing Films Using Zirconium Phosphate for Gas Sensor"Proceedings of the 19^<th> Sensor Symposium. (Proceedings). 145-150 (2002)
• [Publications] S Shiratori^*, S Kushida: "High performance sensing film using layer-by-layer self-assembled zirconium phosphate for gas sensor"9th International meeting on Chemical Sensors. (ABSTRACT BOOK). 94 (2002)
• [Publications] 櫛田慎哉, 白鳥世明: "多孔質剥離微粒子を用いたアンモニアガスセンサの構築"第49回応用物理学関係連合講演会30a-M-1. No3. 1217 (2002)
• [Publications] 櫛田慎哉, 白鳥世明: "リン酸ジルコニウムを用いた低濃度アンモニアガスセンサの構築"第63回応用物理学学会術講演会25p-ZF-6. No3. 1097 (2002)
• [Publications] S Shiratori^*, M Kikuchi, H Katagiri, A Shibue: "Gas Adsorption Filter Using Layer-by-Layer Sequential Adsorption Method for the Protection of Sensitive Gas Sensors"9th International meeting on Chemical Sensors. (ABSTRACT BOOK). 488 (2002)
• [Publications] S.Shiratori, M.Kikuchi, Yutaka Katagiri, Akira Shibue: "Gas adsorption filter using layer-by-layer sequential adsorption method for the protection of sensitive gas sensor"Proceedings of the 19^<th> Sensor Symposium. (Proceedings). 135-140 (2002)