高水素感応インターフェースの創製と実用化

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360289
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 兵頭 健生 長崎大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70295096)
• 研究分担者: 清水 康博 長崎大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20150518)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: ガスセンサ / ダイオード / 水素 / ショットキー障壁 / ヘテロ界面 / 湿度 / 酸素分圧

研究概要

陽極酸化チタニア膜と貴金属（PdあるいはPt）電極から成るダイオード式水素センサを作製し，その検知極表面の組成や化学状態が水素検知特性の及ぼす影響を明らかにした。Pd-Pt電極の場合，検知極表面のPt量が少なくなるほど水素応答値が増加すること，検知極表面に存在するPdの酸化割合が少ないほど応答速度が速いことを確認した。また，Pd-Pt表面にある種のポリマーを最適被覆すると，湿潤雰囲気中で水素応答値の増加と酸素濃度依存性の緩和が確認された。さらに，Auを検知極（特にPt）表面に最適修飾することで，湿潤雰囲気中で酸素濃度依存性がほとんどない極めて優秀な水素検知特性を示すことを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Diode-type Sensors Fabricated with Anodized TiO_2 films Equipped with Pd-Pt Electrodes : Effects of Polytetrafluoroethylene or Polyimide Coating on their H_2 Sensing Properties (2013)
  • 著者名/発表者名: Go Yamamoto, Tomoki Yamashita, Katsuhide Matsuo, Takeo Hyodo and Yasuhiro Shimizu
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B 巻: Vol.183 ページ: 253-264
  • 査読あり
• [雑誌論文] H_2 Sensing Performance of Anodized TiO_2-based Diode-type Gas Sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Shimizu
  • 雑誌名: Proc. of the Korean Sensors Society Conference 2012 ページ: 23-26
• [雑誌論文] Effects of Surface Modification of Noble-metal Electrodes with Au on the H_2 Sensing Properties of Diode-type Gas Sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: Takeo Hyodo, Tomoki Yamashita and Yasuhiro Shimizu
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.50, No.12 ページ: 171-178
  • 査読あり
• [雑誌論文] H_2 Sensing Properties of Diode-type Sensors Fabricated with Anodized TiO_2 Films Equipped with Polymer Coated Pd-Pt Electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: Go Yamamoto, Tomoki Yamashita, Katsuhide Matsuo, Takeo Hyodo and Yasuhiro Shimizu
  • 雑誌名: Proceedings of the IMCS 2012 ページ: 193-196
  • 査読あり
• [雑誌論文] 陽極酸化膜TiO_2 膜とPd- Pt 電極を用いたダイオード型H_2 センサの特性改善‐電極へのポリマーコーティング‐ (2012)
  • 著者名/発表者名: 山本 剛, 山下友樹, 松尾勝秀, 兵頭健生, 清水康博
  • 雑誌名: Chemical Sensors 巻: Vol.28, No.A ページ: 100-102
• [雑誌論文] Diode-type Gas Sensors Fabricated with a Titania Film on a Ti Plate and Pd-Pt Electrodes -Effects of Polymer Coating on the Hydrogen-sensing Properties- (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeo Hyodo, Masaki Nakaoka, Kazunari Kaneyasu, Hiroshi Kato, Hiroyuki Yanagi and Yasuhiro Shimizu
  • 雑誌名: IOP Conference Series : Materials Science and Engineering 巻: Vol.18 ページ: 212006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diode-type H_2 Sensors Using Anodized TiO_2 Films - Structural and Compositional Controls of Noble Metal Sensing Electrodes (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeo Hyodo, Masaki Nakaoka, Yasuhiro Shimizu, and Makoto Egashira
  • 雑誌名: Sensor Letters 巻: Vol.9 ページ: 641-645
  • 査読あり
• [学会発表] Diodetype Gas Sensors -Effects of the Surface Coating of the Electrodes with Au or Polymers on the H_2 Sensing Properties- (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeo Hyodo and Yasuhiro Shimizu
  • 学会等名: The 10th Asian Conference on Chemical Sensors
  • 発表場所: Chiang Mai, Thailand
  • 年月日: 20131111-14
  • 招待講演
• [学会発表] Effects of surface modification of Pd or Pt electrode of diodetype gas sensors with Au on the H_2 responses and cross-responses to some inflammable gases (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeo Hyodo, Tomoki Yamashita, Ken Inoue and Yasuhiro Shimizu
  • 学会等名: 5th GOSPEL Workshop
  • 発表場所: Yufuin, Oita, Japan
  • 年月日: 20130526-29
• [学会発表] Diodetype H_2 Sensors using an Anodized Titania Film Equipped with Noble-metal Electrodes (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeo Hyodo and Yasuhiro Shimizu
  • 発表場所: Jilin University, Changchun, P.R. China
  • 年月日: 2013-06-27
  • 招待講演
• [学会発表] H_2 Sensing Performance of Anodized TiO_2-based Diode-type Gas Sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Shimizu
  • 学会等名: The Korean Sensors Society Conference 2012
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20121116-17
  • 招待講演
• [学会発表] Effects of Surface Modification of Noble-metal Electrodes with Au on the H_2 Sensing Properties of Diode-type Gas Sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: Takeo Hyodo, Tomoki Yamashita and Yasuhiro Shimizu
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 20121007-12
• [学会発表] H_2 Sensing Properties of Diode-type Sensors Fabricated with Anodized TiO_2 Films Equipped with Polymer Coated Pd-Pt Electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: Go Yamamoto, Tomoki Yamashita, Katsuhide Matsuo, Takeo Hyodo and Yasuhiro Shimizu
  • 学会等名: The 14th International Meeting on Chemical Sensors
  • 発表場所: Nuremberg, Germany
  • 年月日: 20120520-23
• [学会発表] 陽極酸化膜TiO_2 膜とPd-Pt 電極を用いたダイオード型H_2 センサの特性改善‐電極へのポリマーコーティング‐ (2012)
  • 著者名/発表者名: 山本 剛, 山下友樹, 松尾勝秀, 兵頭健生, 清水康博
  • 学会等名: 第53回化学センサ研究発表会
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 20120329-31
• [学会発表] Improvement of H_2 Sensing Performance of TiO_2-based Diode-type Gas Sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Shimizu
  • 学会等名: School of Electronic Science and Technology
  • 発表場所: Dalian University of Technology, P. R. China
  • 年月日: 2012-07-05
• [学会発表] Microstructural Design of Gas-Sensing Materials by Utilizing Various Templates (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeo Hyodo and Yasuhiro Shimizu
  • 学会等名: 4th GOSPEL Workshop
  • 発表場所: Tübingen, Germany
  • 年月日: 20110606-07
  • 招待講演
• [学会発表] 長崎発のガスセンサ材料 (2011)
  • 著者名/発表者名: 兵頭健生, 清水康博
  • 学会等名: フィガロ技研講演会
  • 発表場所: 箕面, 大阪
  • 年月日: 2011-10-27
  • 招待講演
• [学会発表] ポリマーを被覆したダイオード型水素センサの低温作動特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山本 剛, 兵頭健生, 清水康博
  • 学会等名: 第48回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 2011-07-09
• [学会発表] ガスセンサへの応用を目指した多孔質材料の設計 (2011)
  • 著者名/発表者名: 兵頭健生, 清水康博
  • 学会等名: 第49回先端材料研究交流会
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 2011-05-19
  • 招待講演
• [図書] ガスセンサー, 化学便覧 応用化学編 第7版 (2013)
  • 著者名/発表者名: 清水康博
  • 出版者: 丸善
• [図書] 43編 電気加熱・電気化学・電池, 13章 電気化学計測・センサ, 電気工学ハンドブック(第7版), 一般社団法人電気学会編 (2013)
  • 著者名/発表者名: 兵頭健生, 清水康博
  • 総ページ数: 2236-2241
  • 出版者: オーム社
• [図書] 18章 センサ, 18.2 ガスセンサ, 18.2.3 半導体ガスセンサ, 第6版電気化学便覧 (2013)
  • 著者名/発表者名: 兵頭健生, 清水康博
  • 出版者: 丸善
• [備考]
  • URL: http://www.mase.nagasakiu.ac.jp/nano/functional_nano.html
• [備考]
  • URL: http://www.mase.nagasakiu.ac.jp/nano/functional_nano-e.html
• [産業財産権] ガスセンサ (2010)
  • 発明者名: 清水康博, 兵頭健生, 中岡正樹, 加藤 寛, 柳 裕之, 兼安一成
  • 権利者名: 長崎大学, 株式会社トクヤマ, フィガロ技研株式会社
  • 産業財産権種類: 公開特許広報(A)特開2011-220906(特願2010-91905)
  • 公開番号: 特開2011-220906(特願2010-91905)
  • 出願年月日: 2010-04-13