2003 Fiscal Year Annual Research Report
プラズマ溶射法によるフラクタル結晶の製作とそれを用いた高感度環境センサの開発
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14550290
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
勝部 昭明 埼玉大学, 工学部, 教授 (70008879)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前川 仁 埼玉大学, 工学部, 教授 (30135660)
内田 秀和 埼玉大学, 工学部, 助教授 (60223559)
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| Keywords | NO_2ガスセンサ / プラズマ溶射法 / SnO_2膜 / 多孔質膜 / 窒素酸化物ガスセンサ / 超微粒子膜 / ホルムアルデヒド |
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| Research Abstract |
プラズマ溶射法を用いた窒素酸化物ガス(NO_x)センサの研究を昨年に引き続いて行った。昨年度は、SnO_2膜を用いてNO_2ガスセンサの製作をおこない、20ppbまでの低濃度で十分な感度のあるセンサを開発することが出来た。これは日本における環境基準40-60ppbをクリアしている値である。しかし実用化を考えると解決しなければならない問題も残った。SnO_2膜と基板との密着性の向上や膜構造の機械的強度の改善などである。
今年度はまずこれらの点を改善して実用化に耐える強固な膜を作るための研究を行った。そのためにプラズマ溶射の作製条件および成長後の熱処理条件を検討した。まずプラズマ溶射法の製作パラメータを種々検討した結果、プラズマ電力、溶射に使う材料の粒子の大きさおよび材料のプラズマ中への供給速度が重要であることがわかった。特にプラズマ電力の影響は大きく、高電力を用いることにより膜の密着性や強度が増すことがわかった。しかしあまり高電力にすると感度が犠牲になる。感度に関しては、成膜後の熱処理も重要である。これらを検討した結果、プラズマ電力850kW/cm^2程度、熱処理温度600℃(1時間)程度で良好な膜が得られることがわかった。SEMでの観察およびX線回折の結果では、良好な膜はポーラス状態を保っており、また結晶状態はほごSnO_2であった。
次に室内汚染ガスのセンサを開発することを目的として、ホルムアルデヒドのセンサ応答を調べた。その結果、Pdを添加したSnO_2プラズマ溶射膜で0.2ppmまでの感度が得られた。現在Mnなどの触媒の効果を検討するなど高感度化をめざした研究を行っている。
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[Publications] Khan S.A., Elder A.V., Uchida H., Katsube T.: "Gas Response and Modeling of NO-sensitive Thin-Pt SiC Schottky Diodes"Sensors and Actuators B. 92. 181-185 (2003)
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[Publications] Liqin Shi, Y.Hasegawa T.Katsube, K.Onoue, K.Nakamura: "Highly sensitive No_2 gas sensor fabricated with R.F.induction plasma deposition method"Sensors & Actuators : B.Chemical. (to be published). (2004)
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[Publications] Shi L., Hasegawa Y., Katsube T., Onoue K.*, Nakamura K: "Structural and Gas-sensing Properties of SnO_2 Gas Sensor Based on R.F.Induction Plasma Spray Method"Proceedings of the 36th Chemical Sensor Symposium Boston, USA. 3B1.4. 971-974 (2003)
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[Publications] Shi L., Hasegawa Y., Katsube T., Onoue K.*, Nakamura K: "Highly Sensitive NO_2 Gas Sensor Fabricated with R.F.Induction Plasma Deposition"16th Symposium on Plasma Science for Materials. B5-6. (2003)
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[Publications] 勝部 昭明, 長谷川 有貴 (他共著): "センサーエージェント(21世紀の環境・医療センシング)"海文堂. 223 (2003)
