| Project/Area Number |
23K26383
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| Project/Area Number (Other) |
23H01690 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
島ノ江 憲剛 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (10274531)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 賢 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90552480)
末松 昂一 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90637555)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥19,240,000 (Direct Cost: ¥14,800,000、Indirect Cost: ¥4,440,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2023: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
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| Keywords | ガスセンサ / 金属酸化物 / レセプター / 超高感度 / 超選択性 / MEMS / パルス駆動 / 部分酸化 / 高選択性 / 多元データ解析 / 半導体 |
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| Outline of Research at the Start |
金属酸化物半導体ガスセンサとMEMS（Micro-Electro-Mechanical-System）パルス駆動を融合することにより、これまで実現不可能とされているpptレベルの超高感度（Ultra-High-Sensitive）と超ガス選択性（Super-Selective）の両者を兼ね備えた新規なガスセンサを提案する。学術的には、これまで触媒反応の定常状態を信号としてきたガスセンサに、パルス駆動による選択的ガス吸着とその特異な反応過程という新規な速度論的解釈を導入し、さらにこれまでにない新たな情報応用の基礎を構築するものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルミナ基板を用いたセンサ素子について、Bi2O3やWO3をレセプターとするSnO2ガスセンサのガス選択性を評価するとともに、レセプターへのガス吸着特性と反応性を評価した。
弱塩基性を示すBi2O3をレセプターとしてとした場合、酸素含有VOCsに対するセンサ特性を各温度の定常加熱下で評価した結果、Bi2O3混合SnO2は無担持SnO2センサと同様の応答を示したが、Bi2O3担持SnO2センサは特に200℃および250℃において、典型的な酸素含有VOCsに対して大幅に高い感度と迅速な応答を示すことが明らかになった。この結果は、電子顕微鏡観察、XPS、酸素温度プログラム脱離測定、NH3温度プログラム脱離測定および触媒反応解析の結果に基づき、Bi2O3の均一分散がガス検知において重要な役割を果たしており、さらにBi2O3/ SnO2界面に存在する表面酸素イオンが酸素含有VOCsの吸着に寄与したことによると考察している。また、このような酸素含有VOCsに対する高い感度はトータルVOCセンサとして有用である。
酸性酸化物であるWO3をレセプターとした場合、エタノールの酸化反応が変化し、主要反応が脱水素から脱水反応へとシフトし、300℃以上では選択的にエチレンが生成される。なお、SnO2では、脱水素反応が優勢であり、150℃で主生成物としてアセトアルデヒドが生成され、250℃でピークを迎えた後、徐々にCO2へと反応が移行することがわかった。さらに、MEMS素子を用いたパルス駆動では、WO3とSnO2との相互作用がセンシング特性に大きく影響することが明らかとなり、ガス選択性は反応経路や吸着特性の変化によって左右されることが示された。
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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
2024年4月中旬に改修工事が終了し、元の建屋に戻り、センサシステムを再構築した。組み立てやガス配管整備に1ヵ月近くかかったが、その後は順調に研究進捗が見られた。しかし、まだ物品購入において納期の遅延や物価高による物品未調達が見られる。
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| Strategy for Future Research Activity |
MoO3やWO3を担持したSnO2センサについて、化学的相互作用を及ぼすPt、電子的相互作用を及ぼすPd、反応ガスとの吸着作用をもつAuを担持し、MEMS素子のパルス駆動によるセンシングシステムの優位性を検討する。これらを基に、MEMS素子から得られる4つのセンサ特性を各素子で測定温度を変えながら比較検討し、種々のガスに対する感度および選択性データから検知指標として最適なパラメーターを抽出する。
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