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固体電解質の一種であるプロトン導電体は、固体でありながら水素イオンだけを導電キャリアとする特性を有している。この特性を生かせば、従来の電解質溶液にとってかわる新しい機能性材料としての種々の応用が可能である。特に化学センサにおいては、プロトン導電体を用いることにより全固体型センサ素子が作製でき、マイクロ化、コ-ドレス化、インテリジェント化が可能な新しい化学センサが開発できる。本研究では、安定で高いイオン導電性を示す優れたプロトン導電体の探索や導電機構の解明を進めるとともに、プロトン導電体を用いた新しいタイプの常温作動型化学センサの開発を行うことを目的として研究を進め、以下のような知見を得た。(1)種々の無機イオン交換体についてプロトン導電特性を検討した結果、アンチモン酸、リン酸アンチモンが熱的、化学的安定性に優れ、イオン導電性も比較的良いことがわかった。(2)アンチモン酸についてのプロトン導電機構の検討を行った結果、含水量によりホッピング伝導型からグロチウス型へ変化することがわかった。(3)内部電位差が銀プロ-ブにより測定する4探針型素子を新たに開発し、これが湿度依存性を全く示さず、しかも水素濃度に比例する応答が得られることを見出した。(4)COに対するガス選択性を向上する目的で、従来の白金電極のかわりに酸化物電極について検討した結果、WO_3及びSnO_2電極をプロトン導電体と組み合わせた素子が有効なことを見出した。(5)気相や溶存酸素の常温での検知が可能な電流応答型センサとして、NAFION膜やアンチモン酸厚膜を用いた素子を作製し、その応答特性について検討した。これらは将来、バイオセンサにも適用可能である。(6)スクリ-ン印刷法やスピンコ-ト法によって作製したアンチモン酸厚膜を用いたガスセンサが、常温で優れた応答特性を示すことがわかった。この技術により素子のマイクロ化、集積化が可能である。
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