| 研究課題/領域番号 |
17K06807
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
齋藤 紀子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (20354417)
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| 研究分担者 |
渡邉 賢 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90552480)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | ガスセンサ / 酸化亜鉛 / 酸化物半導体 |
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| 研究実績の概要 |
近年のガスセンサには、従来の安全・安心に貢献する警報器だけでなく、健康・環境の分野や、より快適な暮らしや持続可能な社会の構築に期待が高まっており、小型化、省エネ化、モバイル・ウェアラブル機器への実装化が求められている。その実現には、材料の基礎的な理解と、その機能を最大限に引き出した高性能化、デバイス応用への課題の解決が必要である。半導体ガスセンサには、酸化スズ、酸化亜鉛などの半導体セラミックスが広く使われているが、センサ感度向上のためには、表面制御が重要であり、様々な形状の粒子の開発が盛んである。
本研究では、六角錐ピラミッド型の酸化亜鉛粒子のガスセンサ応用について検討した。この粒子を用いたガスセンサデバイスを作製し、粒子の結晶面がセンサ特性およびガス脱着特性に及ぼす影響を調べた。
水とエチレングリコールの混合溶媒を用いるソルボサーマル法により、（0001）面を底面に、｛1-10-1｝面を側面に持した六角錐ピラミッド型の酸化亜鉛粒子を合成し、粒子のキャラクタリゼーション、ガスセンサ特性を測定し、粒子作製条件の最適化を検討した。その結果、これまでの酸化亜鉛粒子に比べて、エタノール、アセトン、イソプレンなどの呼気中還元性ガスへの、極めて高いセンサ感度が得られた。
この酸化亜鉛粒子への貴金属ナノ粒子の付着の、センサ特性向上への効果について調べ、レセプタ粒子付着によって、感度向上とガス選択性に効果があることを確かめた。水蒸気の影響についても検討し、高湿度でも呼気相当濃度のガスの検知が可能であることを示した。また、金粒子担持のイソプレンガスへのガス選択性への効果を示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
貴金属や金属酸化物のレセプタ付与の半導体ガスセンサの特性改善への効果を検討し、センサ感度とガス選択性を向上させた。また、水蒸気発生装置をセンサ測定装置に組み込み、加熱下でのセンサ測定を行い、呼気センサの可能性について検討した。その結果、呼気健康診断に期待の高い、アセトンとイソプレンガスの呼気相当濃度のガスの検知が可能であることが示された。金粒子担持によって、イソプレンガスへのガス選択性が向上することを実証した。
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| 今後の研究の推進方策 |
ピラミッド型酸化亜鉛粒子のイソプレンガスセンサ特性への、結晶面の効果を明らかにするために、追加実験を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
参加を予定していた国際会議は延期されたため、当該次年度使用額が生じた。
この次年度使用額は、ガスと配管部品の購入に使用する予定である。
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