2014 Fiscal Year Research-status Report
固体電解質をインピーダンストランスデューサとする新規環境ガスセンサの開発
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25410240
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
清水 陽一 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20192114)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高瀬 聡子 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60239275)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ガスセンサ / 固体電解質 / インピーダンス検知 / 薄膜 / 酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒素酸化物(NOx)は、自動車排気ガス中に含まれる有害物質の一つであり、酸性雨、光化学スモッグの原因物質として知られている。そのため、連続的な濃度監視用の高性能NOXセンサが必要とされている。そこで、電気化学的な変化を高感度で検出できるインピーダンス検出型固体電解質NOXセンサ開発に着目し検討を行ったところ、リチウム導電体Li-Al系リン酸塩 (LATP)ディスクをトランスデューサとし、酸化物レセプタと組み合わせたシンプルな構造を持つ素子がNOXに対する検知能を持つことが分かった。
本年度は、さらに、固体電解質(LATP)及びペロブスカイト型酸化物薄膜の合成と、それらを組み合わせた薄膜型センサの開発を行った。LATP薄膜は、従来のペチニ法をベースに合成条件の精査により緻密でクラックのない薄膜の合成に成功した。このLATP薄膜は、厚みが160nm、導電率は400℃で0.24 S/cmでありセンサの作動には十分なイオン伝導度を示した。一方、ペロブスカイト型酸化物薄膜は、高分子前駆体法により650℃で合成可能なことを見出した。
これら湿式法で作製したLa-K-Mn-O薄膜／LATP薄膜系センサ素子は、300-500℃の各温度でNO濃度変化に対して抵抗および容量の変化がみられ、温度が低いほどそれらの変化量も大きかった。NO2に対しては、各温度で抵抗成分において線形的な濃度依存性が確認できたが、温度による感度の違いは小さかった。また、従来のディスク型電解質を用いた場合と比較して、低温での測定結果が安定しており、低温測定可能となったことでNOの感度向上にも効果があった。
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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
本年度の計画で最も重要なポイントであった：固体電解質（リチウムイオン導電体）薄膜の合成法に着手し、センサ測定温度である300-500℃で、10 mS/cm以上の緻密な薄膜の合成に成功し、再現性の良い湿式合成プロセスを開発できた。
また、酸化物薄膜／固体電解質薄膜の組み合わせによる、小型薄膜型センサの試作にも成功し、NOx応答に及ぼすデバイスの薄膜化の影響を、明らかにしつつある。
これらの材料開発手法を応用することにより、計画通り、次年度での研究遂行と作用機構解析が可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度まで得られた、レセプタ／固体電解質型センサについて、レセプタは、これまでの知見を踏まえてさらに新規材料開発を行う。また、固体電解質については、他のカチオン導電体やアニオン導電体を検討する。作用機構解析については、固体電解質の導電種の違い、すでに着手している昇温脱離法・FT-IR・XPS等の表面解析を進める。
さらに、最終目的の薄膜型センサ素子については、プロトタイプを試作できたが、固体電解質のイオン伝導度が、まだ200-300℃の低温域で低いため、より高導電性固体電解質薄膜の設計・開発と合成を行い。本年度以上に低温作動型ガスセンサを目指す。
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| Causes of Carryover |
謝金を要する高度な機器分析や、実験依頼が当該年度は不要であったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越金は、試薬やデバイス材料の拡充にあて、研究材料の種類を増やすことで新たな展開を図る。また、研究成果発表のための旅費にも有効に活用したいと考えている。
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