特異な結晶面を有する酸化物ナノ粒子を用いた微量有機ガスの高精度検出

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K17941
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 無機材料・物性; ナノ材料工学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 末松 昂一 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (90637555)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ナノロッド / ガスセンサ / ガス吸着

研究成果の概要

異方性酸化スズナノロッドを利用して、半導体ガスセンサのセンサ応答特性とナノ粒子の露出結晶面との関係について検証した。異方性SnO2ナノ粒子を用いることで、従来のSnO2に比べて(110)露出率の高いSnO2ナノロッドが得られた。さらに、これによりエタノールやアセトン等のセンサ感度が露出結晶面に寄与することを明らかにした。また、第一原理計算を基に、ガス分子の吸着エネルギーが結晶面により異なり、これがセンサ感度への寄与をもたらしていることを明らかとした。このように露出結晶面制御は半導体ガスセンサの材料設計において重要な因子であることが明らかとなった。

自由記述の分野

機能性無機材料

研究成果の学術的意義や社会的意義

半導体ガスセンサによる微量有機ガス検出は、ガスセンサを利用した医療診断に向け、期待されている。本研究では、新たな高精度ガスセンサ材料設計指針の確立に向け、露出結晶面を制御した異方性SnO2ナノロッドを合成した。得られたナノロッドを利用して、ガスセンサ特性を評価した結果、(110)面を露出したSnO2ナノロッドが従来のSnO2ナノ粒子に比べて高いセンサ感度を有することが明らかとなった。さらに、第一原理計算より、SnO2の(110)面が高いガス分子吸着特性を有することが明らかとなった。微量有機ガス検出に向け、金属酸化物粒子の露出結晶面は、重要な材料設計因子であることが明らかとなった。