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Development of a new hydrogen gas sensor for the realization of a safe hydrogen society: Fabrication of a new sensing film with a two-layer structure.

开发新型氢气传感器以实现安全的氢社会：制造具有两层结构的新型传感薄膜。

基本信息

批准号：
21K04690
负责人：
松口正信
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、基板上に導電性高分子であるポリアニリン（PANI）グラフト鎖を検知層として成長させた常温作動型水素センサーを作製する初めての試みである。さらに、水蒸気バリアー層として疎水性高分子をPANIに共重合させた二層構造とすることで、水素ガス応答に対する湿度の影響を抑制する。以上の取組により、水素社会の実現に不可欠な実用水素ガスセンサーの構築を目指す。補助事業2年目にあたる令和22年度は、二層構造を有するセンサーを作製し、その水素ガス応答特性について調べた。まず、PANIグラフト膜センサの応答を調べたところ、PANIを単に塗布しただけの場合と比較して2倍の大きな応答値が得られた。この応答値は、これまでに報告されている酸化物半導体や炭素化合物を用いた室温作動型水素ガスセンサの応答値と比較しても、十分に大きな値であった。さらに、応答速度もかなり早く、1分程度で平衡値に達した。これらのすぐれた水素ガス応答特性が得られた理由は、PANIをグラフト膜構造とすることでPANI鎖間に大きな自由体積が生じたためだと考えられる。その結果、膜内部へのガス拡散が容易になり、内部のPANI鎖とも容易に反応することができるようになったと考えられる。次に、PStをPANI鎖に共重合し水素ガス応答を調べた結果、PStバリアー層の付与は水素ガス検知の妨げにはならないことが確かめられた。また湿度の影響について調べたところ、加湿条件下では水素ガス応答値が減少したものの、バリアー層を付与していない場合と比較してその影響を抑制できることが確認できた。また、研究計画にはなかった試みとして、PSt球状マイクロ微粒子をバリアー層として積層した二層検知膜も作製したところ、より湿度の影響を抑制できることを明らかにした。

In this study, the conductive polymer PANI (PANI) on the substrate was used検知layer としてgrowth させたnormal-temperature-actuated water element センサーをproduced する Initial test みである.さらに、Water steamed バリアーlayer として疎Water-based polymer をPANIにCoincidenceさせIt has a two-layer structure and a water-based structure that suppresses the influence of humidity. The above is a combination of the water element and the water element society. Subsidy project 2-year program and 22-year project, two-story structure, するセンサーを production, and その水素ガス応Answer characteristics について Adjustment. PANI film単にcoatingしただけのoccasionとcomparisonして2×の大きな応answer〤がgetられた. The report of この応値は、これまでにされている acid compound semiconductor and carbon compound をいたThe room-temperature-actuated water element ガスセンサの応耤と comparative しても and the very large に大きな値であった.さらに, 濜Answer speed もかなりEarly く, 1 minute level でbalance value に达した.これらのすぐれた水素ガス応 Answer Characteristics が got られたREASON は、PANI をグラフト film StructureとすることでPANI lock roomに大きなfree volumeが生じたためだと考えられる.そのRESULT, FILM INSIDE へのガス拡sanがEASY になり, 内のPANI The lock is easy to lock and the lock is easy to lock. Second time, PStをPANI lockにall coincident water elementガス応answerをtuneべたresult, PStバリアーのpay は水素ガス検知の hinder げにはならないことが正かめられた. The effect of humidity is that the water content of the water is reduced under humidified conditions. , バリリアーlayer をしていない occasion と comparison してその influence を suppression できることが confirmation できた.また、Research project にはなかったtest みとして、PSt spherical マイクロmicroparticle をバリアーlayer としてThe laminated two-layer film is made of したところ, and the influence of humidity is suppressed.