| 研究課題/領域番号 |
21K04690
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 愛媛大学 |
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研究代表者 |
松口 正信 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (50190434)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 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 / 水素ガスセンサー / 常温作動 / ポリアニリン / 水素社会 / 二層構造 / 耐湿度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
石油に代わる代替エネルギー源として水素の利用が進められているが、水素は可燃性ガスであるため安全の確保は必須であり、今後膨大な数の水素センサーが必要である。またその用途を考えると、加熱ヒーターの設置の必要がない常温作動型センサーの開発が望まれている。本研究では、常温作動で問題となる環境中の湿度の影響を抑制した新規水素センサーの開発を行う。そのために、柔軟なフィルム上に水素ガス検知層として導電性高分子であるポリアニリン（PANI）グラフト鎖を成長させ、さらに水分子のバリア層として疎水性の高分子を共重合させた二層構造を有する水素検知膜を開発する。
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| 研究実績の概要 |
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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