光電気化学エッチングによるナノポーラス酸化チタンの創製とガスセンサーへの応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550787
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 杉浦 隆 岐阜大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40171144)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 箕浦 秀樹 岐阜大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40021612)
• Keywords: 光電気化学エッチング / フォトエッチング / ナノポーラス構造 / ガスセンサー / 表面処理

Research Abstract

酸化チタンは,近年,光触媒や色素増感型太陽電池材料など光機能性材料としてたいへん注目されている材料のひとつである。私たちはこれまでに、酸化チタン焼結体の光電気化学エッチング(フォトエッチング)サイトについて詳しく検討し、結晶粒配向性や粒界の存在といった結晶粒構造に依存した特徴的なエッチングパターンが形成されることを見いだした。本研究では,酸化チタン焼結体や厚膜電極に対して、フォトエッチング処理を施し、そのエッチングサイト選択性について検討して表面形態を制御するとともに,応用としてガスセンサー特性について評価した。以下に、主要な結論を述べる。
1.酸化チタン焼結体電極のフォトエッチング条件と得られる表面形態との関連について検討した。強いアノード分極下においてフォトエッチング反応は、ルチル型構造を持つ酸化チタンのc-軸方向に進行し、それと平行な(100)面によって囲まれたナノメートルサイズの四角柱空洞部を有するエッチングパターン(ナノハニカム構造)が表面に形成される。そのエッチピットサイズは、主として電極のキャリア密度に依存して、数十から数百ナノメートルの範囲で制御できることがわかった。
2.フォトエッチング量の増加とともにナノハニカム構造を形成する壁面の溶解が進行し、結晶性で繊維状の試片から構成される酸化チタンナノロッド構造が形成されることがわかった。
3.酸化チタン焼結体の水素ガスセンサー特性を測定したところ、光電気化学エッチング処理により感度が増加するとともに、水素ガス雰囲気から空気雰囲気に変えたときの応答速度が速くなることがわかった。
4.酸化チタンペーストを熱処理して作製した厚膜電極のフォトエッチング処理により、焼結体電極と同様にナノポーラス構造が形成できることがわかった。これにより電極バルクの影響を減少させ、表面反応であるガスセンサー特性の向上が期待される。

Research Products

• [Publications] Han.Jin.Ryu: "Effect of Photoelectrochemical Etching on Titanium Dioxide Gas Sensors"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 27・4. 695-698 (2002)
• [Publications] 杉浦 隆: "光電気化学エッチングによる酸化チタンナノロッド構造の創製"色材協会誌. 77・2. 64-68 (2004)
• [Publications] Takashi Sugiura: "Photoelectrochemical Designing of Nano-Porous Structures on TiO_2 Film Electrode"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. (in press). (2004)