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2015 Fiscal Year Annual Research Report

高性能ガスセンサー実現のための活性表面の作製と評価

Publicly Offered Research

Project Area3D Active-Site Science
Project/Area Number 15H01053
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

鈴木 拓  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (60354354)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Keywordsガスセンサ / 光電子回折 / 光電子ホログラフィー / 酸化亜鉛 / イオン散乱分光
Outline of Annual Research Achievements

ガスセンサーは工業原料や排気ガスに含まれるガスの検知に広く用いられており、近年では、環境エネルギー分野での高性能ガスセンサーの重要性が増している。ガスセンサーの性能向上には、異種元素のドーピングが有効であることはよく知られている。ドーピングによるセンサー特性の向上は、センシング材料表面に特有の活性サイトが出現する結果である。したがって、センシング材料の開発においては、そのような活性サイトを有する表面(ここでは活性表面と呼ぶ)の原子配列を同定することは極めて重要である。本研究では、低速イオン散乱分光と光電子回折・ホログラフィーを相補的に組み合わせ、活性表面の原子配列を精緻に同定する。これにより最終的には、産業応用に直結するガスセンサーの早期実現を目指す。
本年度では、最表面の原子配列が既知の酸化物半導体(ZnO極性面)の表面への光電子回折・ホログラフィーの適用の検討を開始した。またそれと平行して連携研究者と共同でZnOへのさまざまな異種元素のドーピングと、そのセンサー特性を調べた。その結果、タングステンをドープしたZnOにおいて優れたガスセンシング特性が見出された。このことから光電子回折・ホログラフィーを利用した表面構造解析を行うべき試料として、W-ZnOを選定した。そしてこのW-ZnOに関して、Spring-8のBL25SUを用いた光電子回折実験を2回行った。これらの実験で得られた結果は、既に予備的に行った低速イオン散乱分光による最表面構造解析の結果と符合した。すなわち、W-ZnO試料を加熱することでWは最表面に偏析し、この析出したWは表面第二原子層のZn置換サイトに位置することが明らかとなった。さらに、W-ZnO最表面は酸素で終端していることも明らかとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画では、低速イオン散乱分光による最表面構造解析の精度を上げるために、測定中に試料を保持する装置(マニピュレータ)を整備する予定であった。これに対し、実際にそのようなマニピュレーターを整備し、低速イオン散乱分光による高精度な原子配列解析が可能な表面分析装置の開発に成功した。
さらに当初の計画では光電子回折・ホログラフィーを利用した構造解析を行うべき試料として、表面活性に起因する優れたガスセンサー特性を示す試料を選定することとしていた。これに対し、連携研究者と共同でZnOへのさまざまな異種元素のドーピングと、そのセンサー特性を調べ、その結果、タングステンをドープしたZnOにおいて優れたガスセンシング特性を見いだした。そしてこのW-ZnO系を光電子回折・ホログラフィー実験の試料として選定した。
上記のように、当初の計画に沿って研究はおおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

光電子回折・ホログラフィーの酸化物半導体への適用を広げ、低速イオン散乱分光との相補性を検討する。また低速イオン散乱分光による解析の精度を上げるために、測定系を改良する。具体的には、低速イオン散乱分光用ビームラインの排気系を改良し、作動排気特性を向上させる。ビーム強度は動作時の真空度に依存するため、この様な改良によってビーム強度の向上、つまり測定精度の改善が見込まれる。
さらに、前年度に行ったZnO極性面やW-ZnO系の光電子回折・ホログラフィーによる解析の検討を進める。具体的には、W-ZnO系において見いだされたWの表面偏析に関して、偏析したWの位置、欠陥構造、ガスセンサー特性との関係をより詳細に検討する。

  • Research Products

    (24 results)

All 2016 2015

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 4 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Temperature programmed desorption of quench-condensed krypton and acetone in air; selective concentration of ultra-trace gas components2016

    • Author(s)
      T.T.Suzuki, I. Sakaguchi
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 32 Pages: 449,454

    • DOI

      10.2116/analsci.32.449

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Oscillatory spin asymmetric scattering of low energy He ions on Sn surfaces2016

    • Author(s)
      T.T.Suzuki, O.Sakai
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2016.02.064

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] An ultrabright and monochromatic electron point source made of a LaB6 nanowire2016

    • Author(s)
      H. Zhang, J. Tang, J. Yuan, Y. Yamauchi, T.T. Suzuki, N. Shinya, K. Nakajima, Lu-Chang Qin
    • Journal Title

      Nature Nanotechnology

      Volume: 11 Pages: 273,279

    • DOI

      10.1038/NNANO.2015.276

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Target element dependent spin-orbit coupling in polarized 4 He+ ion scattering2015

    • Author(s)
      T.T. Suzuki, O. Sakai, S. Ichinokura, T. Hirahara, S. Hasegawa
    • Journal Title

      Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B-Beam Interact. Mater.

      Volume: 354 Pages: 163,166

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2014.11.055

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Depth profiling analysis of solar wind helium collected in diamond-like carbon film from Genesis2015

    • Author(s)
      K. Bajo, C. T.Olinger, A. J.G.Jurewicz, D. S.Burnett, I. Sakaguchi, T.T.Suzuki, S. Inoue, M. Ishihara, K. Uchino, R. Wieler, H. Yurimoto
    • Journal Title

      Geochem. J

      Volume: 49 Pages: 559,566

    • DOI

      10.2343/geochemj.2.0385

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ビスマス表面におけるスピン依存イオン散乱2015

    • Author(s)
      一ノ倉聖, 平原徹, 柳町治, 長谷川修司, 鈴木拓
    • Journal Title

      Journal of the Surface Science Society of Japan

      Volume: 36 Pages: 408,411

    • DOI

      http://doi.org/10.1380/jssj.36.408

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Sn表面における低速ヘリウムイオンの振動的な非対称性散乱2016

    • Author(s)
      鈴木拓, 柳町治, 坂口勲
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 量子情報・量子計測における宝石「欠陥ダイヤモンド」の作り方、使い方2016

    • Author(s)
      鈴木拓
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
    • Invited
  • [Presentation] 二次元光電子分光による、WドープZnO半導体の表面構造解析2016

    • Author(s)
      深見駿, 鈴木拓, 安達裕, 渡邉賢, 坂口勲, 田口宗孝, 辻川大地, 吉田泰輔,橋本雄介, 李美希, 室隆桂之, 松下智裕, 松井文彦, 大門寛
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] スピン偏極He+ビーム散乱における異常なスピン軌道相互作用の起源III2016

    • Author(s)
      酒井治、鈴木拓、西野正理
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] W添加酸化亜鉛とZn添加酸化スズ薄膜のセンサ特性2016

    • Author(s)
      坂口勲, 安達裕, 渡邉賢,齋藤紀子、鈴木拓
    • Organizer
      日本セラミックス協会2016年会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2016-03-14 – 2016-03-16
  • [Presentation] 二次元光電子回折法によるWドープZnO単結晶の表面終端構造解明2016

    • Author(s)
      深見駿, 鈴木拓, 安達裕, 坂口勲, 渡邉賢, 橋本由介, 岡本隆志, 田中一光,米田允俊, 太田紘志, 嶽太輔, 吉田喜紀, 室隆桂之, 松下智裕, 田口宗孝, 松井文彦, 大門寛
    • Organizer
      3D活性サイト科学成果報告会
    • Place of Presentation
      名古屋工業大学
    • Year and Date
      2016-03-07 – 2016-03-09
  • [Presentation] 高性能ガスセンサ実現のための活性表面の作成と評価2016

    • Author(s)
      鈴木拓, 安達裕, 渡邉賢
    • Organizer
      3D活性サイト科学成果報告会
    • Place of Presentation
      名古屋工業大学
    • Year and Date
      2016-03-07 – 2016-03-09
  • [Presentation] Spin-orbit coupling in He+ ion - surface collisions2015

    • Author(s)
      鈴木拓, 柳町治, 坂口勲
    • Organizer
      第16回「イオンビームによる表面・界面」特別研究会
    • Place of Presentation
      奈良女子大学
    • Year and Date
      2015-12-05 – 2015-12-06
    • Invited
  • [Presentation] MICRODISTRIBUTION OF SOLAR WIND HELIUM ON ITOKAWA PARTICLES2015

    • Author(s)
      K. Bajo, I. Sakaguchi, T. Suzuki, S. Itose, M. Matsuya, M. Ishihara, K.Uchino, H. Yurimoto
    • Organizer
      HAYABUSA 2015 3rd Symposium of Solar System Materials
    • Place of Presentation
      JAXA(神奈川)
    • Year and Date
      2015-11-18 – 2015-11-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of Impurity Doping on Gas Sensing Properties of ZnO films Grown by Pulsed Laser Deposition2015

    • Author(s)
      Y. Adachi, I. Sakaguchi, K. Watanabe, N. Saito, T. Suzuki
    • Organizer
      STAC-9
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2015-10-19 – 2015-10-21
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Low-energy He+ ion scattering spectroscopy; Recent topics in fundamentals and applications2015

    • Author(s)
      T. Suzuki, O. Yanagimachi, Y. Adachi, K. Watanabe, N. Saito, I. Sakaguchi, N.Ohashi, S. Hishita
    • Organizer
      21st International Workshop on Inelastic ion-surface collisions
    • Place of Presentation
      スペイン
    • Year and Date
      2015-10-18 – 2015-10-23
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] スピン偏極He+ビーム散乱における異常なスピン軌道相互作用の起源II2015

    • Author(s)
      柳町治, 鈴木拓, 西野正理
    • Organizer
      日本物理学会[物性] 2015年 秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Presentation] Al添加酸化亜鉛薄膜のガスセンサ特性2015

    • Author(s)
      安達裕, 渡邉賢, 齋藤紀子,鈴木拓、坂口勲、大橋直樹
    • Organizer
      日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-18
  • [Presentation] 酸化亜鉛薄膜のガスセンサ特性2015

    • Author(s)
      安達裕, 渡邉賢, 齋藤紀子, 鈴木拓, 坂口勲, 大橋直樹
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] 凝縮固体表面における昇温TOF-SIMS2015

    • Author(s)
      鈴木拓, 坂口勲
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] Measurement for a regolith particle recovered from asteroid Itokawa by Sputtered Neutral Mass Spectrometry with tunneling ionization2015

    • Author(s)
      K. Bajo, I. Sakaguchi, T. Suzuki, S. Itose, M. Mtsuya, M. Ishihara, K.Uchino, M. Kudo, K. Nagao, Y. Seto, H. Yurimoto
    • Organizer
      SISS-17
    • Place of Presentation
      成蹊大学
    • Year and Date
      2015-06-25 – 2015-06-26
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Modification of ZnO surfaces by W segregation and their gas sensing properties2015

    • Author(s)
      T. Suzuki, Y. Adachi, K. Watanabe, N. Saito, I. Sakaguchi, N. Ohashi, S.Hishita
    • Organizer
      2015 EMN Qingdao Meeting
    • Place of Presentation
      中国
    • Year and Date
      2015-06-14 – 2015-06-17
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ガス分析装置およびガス分析方法2015

    • Inventor(s)
      鈴木拓、坂口勲
    • Industrial Property Rights Holder
      鈴木拓、坂口勲
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2015-227765
    • Filing Date
      2015-11-20

URL: 

Published: 2017-01-06  

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