ナノ粒子を用いる高感度な光学式水素センサの開発

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表面に負電荷を帯びているタングステン酸微粒子（WO3μP）懸濁液と白金ナノ粒子（PtNP）懸濁液を混合し，ここに表面をアミノ化したヘテロコア光ファイバを浸した．静電相互作用により両微粒子が固定化された微粒子層部分をポリカチオン水溶液に浸すことにより，微粒子層表面にポリカチオン層を形成した．この操作を繰り返すことにより，ヘテロコア光ファイバ表面に微粒子層とポリカチオン層が交互に積層された膜を形成することにより水素センサを作製した．この水素センサをガラス容器中に置き，4％水素または空気を導入したときの伝搬光スペクトルを測定した．さらに4％水素から空気へ切り替えたときの応答特性についても検討した．微粒子層-ポリカチオン層の積層数が増加するにしたがって広い波長範囲で伝搬光強度は減少した．これはヘテロコア部に発生するエバネッセント波がWO3μPに吸収されたため，反射光強度が減少し，それにともない伝搬光強度が減少したためと考えられる．積層数が増加するにつれて膜厚とWO3μPの密度が増加するため，吸収されるエバネッセント波も増えるため，伝搬光強度が減少したと考えられる．4％水素雰囲気下および空気雰囲気下における伝搬光スペクトルを測定したところ，4％水素のほうが空気雰囲気下より伝搬光強度は増加した．水素雰囲気下においてWO3は水素と結合して濃青色のタングステンブロンズ（H2WO3）となる．水素雰囲気下における伝搬光強度の増加は，タングステンブロンズによるエバネッセント波の吸収がWO3によるものより小さいため，水素雰囲気下では空気雰囲気下より反射光強度が増加するため，伝搬光強度も増加したと考えられる．また積層数が増加するにしたがって，水素雰囲気下と気雰囲気下における伝搬光強度の差異は大きくなることが示された．すなわち，積層数の増加により高感度化が達成できることが示された．