2021 Fiscal Year Research-status Report
Design of highly sensitive gas recognition interfaces using 1D/2D nanomaterials
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20KK0110
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
木田 徹也 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (70363421)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畠山 一翔 熊本大学, 産業ナノマテリアル研究所, 助教 (30773965)
末松 昂一 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (90637555)
猪股 雄介 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (40824024)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| Keywords | ガスセンサ / ナノロッド / DRIFT / 単結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多種多様なガスを即座に認識するため、ガスセンサの更なる高性能化が要求されている。希薄成分に対して高い感度を有する高性能ガスセンサの開発は、AIとの統合によるパターン認識によってガス種の識別を可能にするなど、極めて重要性が高い。本研究では、一次元(1D)および二次元(2D)ナノマテリアルを用いて、空気中の稀薄有機成分に対し超高感度なガスセンサデバイスを開発する。1D材料・2D材料を用いることで、ガス拡散機能とトランスデューサー機能の最大化を図る。
昨年度開発したZnOナノロッドセンサのガス検知特性を詳細に調べた。全自動のガス応答測定システムを構築し、遠隔での操作および長時間測定を自動化することによって研究の更なる促進を図った。本システムにより、ZnOナノロッドが水素やCOなどの小分子には大きな応答を示さないが、エタノールやアセトンなどの極性VOCには高い応答を示すことを確認した。In-situ DRIFT（拡散反射赤外分光）測定によって、ZnOナノロッドにエタノールを供給した場合に、エトキシドやアルデヒド、アセテートといった中間体が表面に生成することを見出した。また、材料が高いセンサ応答を示す際にはVOCの完全分解によるCO2生成が伴うことも明らかにできた。このZnOナノロッドの優れた応答性を確認するために、ナノロッドの露出面であるm面を有するZnO単結晶をミストCVD法により合成し、その応答特性を調べた。m面単結晶はVOCに対して良好な感度を示すことから、ZnOナノロッドにおいてはその特異な結晶面が高いVOC感度を与えたものと結論した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ナノ材料のガスセンサメカニズムの解明につながる成果が得られており、今後の更なる展開が大きく期待できるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度からは、貴金属を担持またはドープしたナノ材料のセンサ特性を詳細に調べ、オペランドDRIFT法によってガス検知・応答メカニズムを明らかにする。またナノシート材料についても同様の検討を行う。さらに、新しい測定手法として、拡散反射UV-vis吸収法、ガスセルによる出口ガスの分析、材料の触媒的キャラクタリゼーション（TPD,TPRなど）によって、何故材料の組成や構造によってガスセンサ応答特性が変化するのかを再検討する。
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| Causes of Carryover |
コロナによる渡航制限によって共同研究先への訪問ができなかったため。
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