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2019 Fiscal Year Research-status Report

Gas sensing property of pyramid shaped ZnO particles

Research Project

Project/Area Number 17K06807
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

齋藤 紀子  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (20354417)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 渡邉 賢  九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90552480)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywordsガスセンサ / 酸化亜鉛 / 酸化物半導体
Outline of Annual Research Achievements

近年のガスセンサには、従来の安全・安心に貢献する警報器だけでなく、健康・環境の分野や、より快適な暮らしや持続可能な社会の構築に期待が高まっており、小型化、省エネ化、モバイル・ウェアラブル機器への実装化が求められている。その実現には、材料の基礎的な理解と、その機能を最大限に引き出した高性能化、デバイス応用への課題の解決が必要である。半導体ガスセンサには、酸化スズ、酸化亜鉛などの半導体セラミックスが広く使われているが、センサ感度向上のためには、表面制御が重要であり、様々な形状の粒子の開発が盛んである。
本研究では、六角錐ピラミッド型の酸化亜鉛粒子のガスセンサ応用について検討した。この粒子を用いたガスセンサデバイスを作製し、粒子の結晶面がセンサ特性およびガス脱着特性に及ぼす影響を調べた。
水とエチレングリコールの混合溶媒を用いるソルボサーマル法により、(0001)面を底面に、{1-10-1}面を側面に持した六角錐ピラミッド型の酸化亜鉛粒子を合成し、粒子のキャラクタリゼーション、ガスセンサ特性を測定し、粒子作製条件の最適化を検討した。その結果、これまでの酸化亜鉛粒子に比べて、エタノール、アセトン、イソプレンなどの呼気中還元性ガスへの、極めて高いセンサ感度が得られた。
この酸化亜鉛粒子への貴金属ナノ粒子の付着の、センサ特性向上への効果について調べ、レセプタ粒子付着によって、感度向上とガス選択性に効果があることを確かめた。水蒸気の影響についても検討し、高湿度でも呼気相当濃度のガスの検知が可能であることを示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

貴金属や金属酸化物のレセプタ付与の半導体ガスセンサの特性改善への効果を検討し、センサ感度とガス選択性を向上させた。また、水蒸気発生装置をセンサ測定装置に組み込み、加熱下でのセンサ測定を行い、呼気センサの可能性について検討した。その結果、呼気健康診断に期待の高い、アセトンとイソプレンガスの呼気相当濃度のガスの検知が可能であることが示された。

Strategy for Future Research Activity

ピラミッド型酸化亜鉛粒子のイソプレンガスセンサ特性についての論文投稿のため、追加実験を行う。特に、センサ感度の水蒸気の影響についての実験を行う。

Causes of Carryover

予定していた、試薬類、特性評価用消耗品の購入は、所属機関の運営費で実施したため、当該次年度使用額が生じた。
この次年度使用額は、ガス配管部品の購入に使用する予定である。

  • Research Products

    (8 results)

All 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Polarity dependent gas sensing properties of ZnO thin films2019

    • Author(s)
      Adachi Yutaka、Saito Noriko、Sakaguchi Isao、Suzuki Taku T.
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 685 Pages: 238~244

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2019.06.023

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Ambient Oxygen Partial Pressure on the Hydrogen Response of SnO2 Semiconductor Gas Sensors2019

    • Author(s)
      Suematsu Koichi、Watanabe Ken、Yuasa Masayoshi、Kida Tetsuya、Shimanoe Kengo
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 166 Pages: B618~B622

    • DOI

      10.1149/2.1391906jes

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ピラミッド型酸化亜鉛粒子のイソプレンガスセンサ特性2020

    • Author(s)
      斎藤紀子、坂口勲
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2020年年会
  • [Presentation] 難焼結性酸化物ターゲットの緻密化及びそれらを利用した薄膜ガスセンサの評価2020

    • Author(s)
      坂口勲・齋藤紀子・鈴木拓・安達裕
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2020年年会
  • [Presentation] Solvothermal Synthesis of ZnO Particles and Gas Sensor Application2019

    • Author(s)
      SAITO, Noriko, ADACHI, Yutaka, SAKAGUCHI, Isao.
    • Organizer
      11th international conference on high-performance ceramics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 酸化亜鉛球状粒子のソルボサーマル合成と階層構造2019

    • Author(s)
      齋藤 紀子
    • Organizer
      高密度励起ナノ・マイクロ光材料研究会
  • [Presentation] Effects of doping on gas sensing properties of ZnO films2019

    • Author(s)
      ADACHI, Yutaka, SAKAGUCHI, Isao, SAITO, Noriko, SUZUKI, Taku
    • Organizer
      The 11th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gas sensing properties of MgxZn1-xO thin films2019

    • Author(s)
      ADACHI, Yutaka, SAITO, Noriko, SAKAGUCHI, Isao, SUZUKI, Taku.
    • Organizer
      The 13rd Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-01-27  

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