2021 Fiscal Year Research-status Report
各種アルコール検出のための高感度プラスチック光ファイバセンサの開発
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21K04076
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
森澤 正之 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (30220049)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 裕 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40516928)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | POFセンサ / 湿度センサ / 膨潤性ポリマ / ノボラック樹脂 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、様々な環境下で簡便にアルコール類の光学的センシングを実現するために、アルコールに対して膨潤を示すノボラック樹脂をクラッドに用いたリーキー・導波変換型プラスチック光ファイバ(POF)センサの実現を目的とする。具体的には、エレクトロスプレー法を用いた多層化クラッドの形成や凹型くびれ構造化などの適用により高感度化を図り、最終的に呼気中アルコール濃度0.15mg/L、および、作業環境許容濃度勧告値200ppmのイソプロピルアルコールを検出できるセンサの実現を目指すものである。
初年度である2021年度は、ノボラック樹脂の合成方法の改善と、それをクラッドに用いたPOF型センサの作製およびその基本特性の測定を行った。ノボラック樹脂の合成方法の改善として酸触媒の量を調整することにより、センシングクラッドに適するより重合度の高いノボラック樹脂を合成できた。これをPMMAファイバコア上にディップコーティング法を用いてクラッドを形成したPOF型センサを作成し、エタノール蒸気に対する応答を測定したところ、蒸気圧6.6mmHgにおいても強い応答を示した。しかし、繰り返し測定を行うと感度の減少が見られた。検討を行ったところ、コアに用いているPMMAがメタノールを吸収しているためだと考えられた。そこで、非メタクリレート系ポリマであるノルボルネン系ポリマのコアを用いてPOFセンサを作成したところ、繰り返し特性の改善が見られた。さらにPMMAコアを用いた場合でも、表面にポリスチレンなどをコーティングすることにより繰り返し特性の改善が図れることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度である2021年度は、ノボラック樹脂の合成方法の改善と、それをクラッドに用いたPOF型センサの作製およびその基本特性の測定を行い、さらにエレクトロスプレー法の適用までを計画していた。実際には、エレクトロスプレー法の適用までは実現できなかった。しかし、PMMAコアにポリスチレンをコーティングする手法の開発など、POFアルコールセンサの高感度化や再現性の向上に効果のある手法を開発できており、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究で、PMMAコアにポリスチレンをコーティングすることでPOFアルコールセンサの繰り返し特性が大幅に改善することが新たに分かった。そこで来年度はまずポリスチレンコーティング層の膜厚の最適化を検討する。続いて、それをPOFコア径の小さいセンサに適用する。本年度は直径1mmのPMMAコアを用いてセンサを作成したが、直径0.5mm以下のコアを用いてPOFセンサを作成することで感度の向上を図る。
さらに、本年度行えなかった、エレクトロスプレー法を用いたクラッド層の形成手法の開発を行う。エレクトロスプレー法を用いることで、クラッド層の多層化などを行える可能性があり、センサの性能向上への期待が持てる。
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| Causes of Carryover |
新型コロナ感染対策のため、国内学会および国際会議がオンラインで開催されたため、そのための旅費を使用しなかった。これらの予算は来年度に使用する予定である。
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