2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of new highly-sensitive gas sensor with nano-fiber metallic structure by He plasma processes
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18K18751
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
上田 良夫 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30193816)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊庭野 健造 大阪大学, 工学研究科, 助教 (80647470)
Lee HeunTae 大阪大学, 工学研究科, 講師 (90643297)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノ繊維構造 / ヘリウムプラズマ / ガスセンサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ヘリウムプラズマプロセスで形成される繊維状ナノ構造を応用したガスセンサの開発を世界ではじめて行い、試作品を完成させることができた。本研究で使用したヘリウムプラズマ誘起繊維状ナノ構造は他のナノ構造と比べて、かさ密度が高い高次元複雑構造を持っている。そのため、従来のナノ材料より高精度のガスセンサの開発が可能となった。
繊維状金属ナノ構造をガスセンサに応用するにあたり、繊維状ナノ構造試料は石英基板上にスパッタ堆積させた数百nm厚さの金属薄膜に、ヘリウムプラズマを照射することで作成した。令和2年度は、前年度に水素ガスセンサとして動作が可能であることを実証したことを受けて、センサの高感度化と安定化を課題として研究を進めた。実験では、電気炉を利用して、作成した繊維状ナノ構造の酸化処理を行い、酸化温度や酸化雰囲気による特性変化を調べた。また、ガスセンサ特性の評価において、電気炉内に設置する電気抵抗測定用の試料ホルダと電流導入端子の形状を改良して実験を進めた。作成した試料の長時間安定性を評価するため、従来よりも長い時間（3時間程度）繰り返し感度測定実験を行った。雰囲気ガスについては、特に高感度センサ開発の観点から、水素濃度1ppmの乾燥空気を用意して実験を行った。
従来と同様、タングステンの酸化を、350℃と450℃（酸化時間1時間）で比較したところ、450℃の方が酸化が進み、抵抗が高くなるとともに、水素を雰囲気に混入した際の抵抗率変化が大きくなった。また、水素1ppmでも感度を有するセンサであることを実証したが、長時間の安定性に少し問題があり、今後さらにセンサ構造やナノ繊維構造及びその酸化状態の最適化を進める必要がある。
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