固体電解質インピーダンストランスデューサを用いた新規なリン酸イオンセンサの構築

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15550125
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 清水 陽一 九州工業大学, 工学部, 教授 (20192114)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高瀬 聡子 九州工業大学, 工学部, 教務職員 (60239275)
• Keywords: リン酸イオンセンサ / 固体電解質 / インピーダンス / 酸化物レセプタ / 環境イオン / 固体電解質トランスデューサ

Research Abstract

[1]高イオン導電性固体電解質トランスデューサの設計と合成
固体電解質は、常温でも高いイオン導電性を有するNa_3Zr_2Si_2PO_<12>(NASICON),Na_5RESi_4O_<12>(RE=Y,Nd,Gd:Na^+導電体)を検討した。いずれも水溶性系ゾルゲル法により1000-1050℃と比較的低温でほぼ単層の高密度な焼結体ディスクを合成できることがわかった。常温でのイオン導電性特性は、いずれも常温で10^<-3>Scm^<-1>以上であり、特に、RE=Dy,Gd系が高い導電性を示した。また、化学的安定性を湿式侵蝕試験により検討したところ、RE=Dy系が比較的高い化学的安定性を示すことを見出した。
[2]酸化物レセプタの設計と合成及びセンサデバイスの特性評価
高イオン検知特性を有する種々の酸化物レセプタとして、種々のペロブスカイト型酸化物、スピネル型酸化物を検討した。なかでも、LaCoO系レセプタと固体電解質ディスクと組み合せたデバイスは、常温でインピダンス変化を測定信号とする新規なセンサを構築できることを見出した。
また、レセプターの作製方法として、高分子錯体前駆体法等により高表面積微分体および薄膜を作製できることが分かった。また、センサ応答は周波数依存性を示し、特定周波数域では、高いリン酸水素イオン応答特性を示すことがわかった。
[3]界面構造のキャラクタリゼーションと機能物性解析
酸化物/固体電解質界面について、交流インピーダンスアナライザーにより界面やバルクの役割、導電変化機構について解析したところ、本センサは、イオンの界面への拡散が大きな影響を与えているが明らかになりつつある。さらに、原子間力顕微鏡、X線マイクロ分析等により界面構造解析が明らかになるものと考えられる。

Research Products

• [Publications] 樋口直樹, 高瀬聡子, 清水陽一: "ペロブスカイト型酸化物薄膜の湿式合成とリン酸水素イオンセンサへの応用"Chemical Sensors. 19,Sup.A. 121-123 (2003)