2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a new hydrogen gas sensor for the realization of a safe hydrogen society: Fabrication of a new sensing film with a two-layer structure.
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21K04690
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
松口 正信 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (50190434)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水素センサー / ポリアニリングラフト膜 / 水蒸気バリアー層 / 常温作動型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までの研究で、センサ基板上にポリアニリン（PANI）をグラフト重合し、さらにポリスチレン（PSt）をPANI鎖に共重合した新規二層構造型検知膜の作製方法を確立した。作製した検知膜の水素ガス応答を調べた結果、PSt層の付与は水素ガス検知の妨げにはならないこと、水素応答に対する共存水蒸気の影響を抑制できたこと、等を明らかにした。ただし、PStを共重合する際に、PANIにドープされたプロトン酸が脱ドープされて水素に応答しなくなってしまう問題が生じたため、二層構造を形成させた最後にドーパント酸を再ドープする方法を採用した。しかし、再ドープはプロトン酸の水溶液を用いて行うため、PSt層付与後に再ドープできるということは、水蒸気バリアー層としてのPStの本来の役割と矛盾することになる。
そこで本年度は、この新たな問題を解決するために、PSt重合時に脱ドープされにくいドーパントの選択や、PStの重合条件のさらなる見直しを行った。その結果、ドーパント種を変えただけでは脱ドープを防止することはできなかったものの、PStの重合溶媒をエタノールからトルエンに変更することで脱ドープを回避できることを明らかにした。しかし、この修正した方法で作製したセンサーでも、水素応答に対する湿度の影響を完全に抑止するまでには至らなかった。この原因としては、PANI鎖とPSt鎖の反応率がまだ低い、PSt鎖の鎖長が短いなどが考えられる。幸いにも、修正した作製方法を用いれば、PSt重合時の条件を変更する自由度が大きくなるため、今後は水蒸気バリアー層として働くために最適なPSt層の作製条件の最適化を行う予定である。
残念ながら当初計画していたセンサーのフレキシブル化までは実現することはできなかったものの、本研究は順調に進み、室温作動型フレキシブル水素センサーの実現につながる十分なデータは得られたと確信する。
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