2020 Fiscal Year Annual Research Report
A self-regenerable particulate matter sensor using active oxygen
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17H01895
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
日比野 高士 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (10238321)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 環境浄化 / 環境分析 / センシング / 触媒プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までの研究では、センサの電解質としてSn0.9In0.1P2O7粉体の錠剤状試料を用いていたが、これでは機械的強度が無く、また耐水性に乏しいため、実際の応用には適応できない。そこで、緻密で頑丈なSn0P2O7－SnO2コンポジットセラミックスを設計することを試みた。始めにSnO2とカーボンを混合したグリーン体を1500℃で焼成することで、多孔質のSnO2セラミックスを合成した。これを液体リン酸に浸し高温で加熱することによって、次式の反応をセラミックス内外表面で進行させた：SnO2 + 2H3PO4 → SnP2O7 + 3H2O
ここで興味深いことは、SnO2のモル体積は21.6cm3 mol-1であるのに対して、SnP2O7のモル体積は76.4cm3 mol-1であるので、セラミックス内部でSnP2O7が成長することによって、細孔が埋められ、セラミックスが緻密化することである。その結果の導電率は、300から700℃で0.007S cm-1に達した。さらに、多孔質SnP2O7セラミックスに予め低原子価カチオン、例えばSm3+を固溶させることによって、セラミックスの導電率が0.01S cm-1まで高めることに成功した。このセラミックスの機械的強度は約3GPaであり、加圧成型体より２桁ほど高い値であった。加えて、このコセラミックスをセンサの電解質に使用しても、Sn0.9In0.1P2O7錠剤状電解質と同様にカーボンへの感度と応答性に優れていることも確認された。これによって、実用的なセンサ素子を構成できたので、ベンチ試験評価装置にて、外部からの飛来PMに対するセンサ応答特性を評価した。結果として、飛来PM量に応じてリアルタイムに応答するセンサ信号を初めて確認し、本センサの実現可能性を実証することができた。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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