| 研究課題/領域番号 |
22K12416
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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64010:環境負荷およびリスク評価管理関連
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| 研究機関 | 東洋大学 |
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研究代表者 |
清田 佳美 東洋大学, 経済学部, 教授 (60216504)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | QCM / 吸着 / 水分 / センサー / CuBr / ガスセンサ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、腐食性ガスを高感度に吸着し、高感度にセンシング可能な質量センサの開発を試みる。ガス吸着性に優れる吸着材の選定と吸着容量の増加を図る作製法により、低濃度のターゲットガスを高容量で吸着可能な吸着材を質量センサ上に作製する。このデバイスのガス応答特性を把握し、低濃度センサとしての性能を評価する。並行して湿度影響を評価する測定系を構築するとともに、湿度影響を回避する手法の検討を行う。ハードおよびソフト的に湿度影響を回避する手法の検討を行い、高感度化の条件と性能評価を行う。一連のプロセスでフィードバックをかけて性能向上を図る。
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| 研究実績の概要 |
前年度の検討により、高感度のアンモニアセンシングにおいて、CuBr, シリカナノコロイドー有機高分子複合系吸着材では、気相中水分は非常に大きな影響を及ぼす外乱要因であることを把握している。QCM応答に及ぼす水分影響を半速度論的に検討するため、今年度作製したミスト噴霧蒸発装置を用いて水蒸気ミスト流への接触・遮断プロセスにおけるQCM応答挙動を観測した。マイクロオーダーサイズ以下のミスト流の接触により金電極を有するQCMは負荷増加の大きな応答（共振周波数の低下）を誘発するものの、マイクロサイズオーダー以下のミストであれば気流の遮断により素早く電極表面から蒸発・消失して影響を解消できることを把握した。一方、金電極以外のAl, Sn, C電極では、この応答が不安定であり、バックグラウンドベースラインの不安定要因になると考えられた。。吸着材材料の化学的安定性について検討するため、研究協力者より電極金属種の異なる種々のQCMの提供を受けて、この電極上でのCuBrの色の経時変化を観察することにより化学的安定性に関する調査を実施した。その結果QCMの電極条件に応じてCuBrの化学的な安定環境が存在するというとても重要な現象を把握した。一方で、多くの電極条件ではCuBrは非常に不安定であり、化学的に劣化してしまうことを把握した。この事実は既存の文献では確認できなかったことであり、既存の同材料を有するセンサの耐久性にも問題がある可能性を示唆した。化学的に安定なCuBrを電極上に作成する手法としてCuBrナノ粒子を電極上で合成しながら沈着させる手法を取り上げ、電極上の液相反応によりCuBrナノ粒子を生成させることができた。今後、これらの電極についてガス吸着応答ならびに水分共存下での安定性の評価を検討する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
選定した吸着材の化学的な安定性が低く、テストガス中の水分によって比較的短期間で劣化することがわかり、この対応が遅れているため。対応策として電極金属構造ならびにCuBrの合成条件の工夫を施した検討をすることとしている。
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| 今後の研究の推進方策 |
CuBrは水溶解度が非常に小さい物質であり、極低濃度のアンモニアセンシングに有効な吸着物質であることは文献調査により間違いないものと考えている。従って、QCM上でCuBrを安定に固定化する（合成する）手法の検討を引き続き行う。具体的には今年度、実験的に把握したCuBrの挙動を考慮し、CuBrの化学的な劣化を抑制する環境調整を行う方針の検討を行う。同時に、CuBrの化学的特性を調査している文献調査を行い、その成果で反映可能なものがあれば適宜利用する。一方で、気流中の水分影響について引き続き定量的な応答データを取得して、種々のRH条件におけるQCM応答をキャリブレーションできるように備える。このため、簡易のフローセルを作成して検討することとする。
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