酸素イオン導電性セラミック薄膜を用いた高感度pHセンサーの開発

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湿性腐食における環境側因子には,その化学組成・濃度・温度等が考えられるが,その内で環境のpHを知ることは腐食問題を解決するための重要な因子の1つである.しかし,常温から高温・高圧の腐食環境で安定なpHセンサーはない.本研究は酸素イオン導電性セラミックス薄膜と金属とその酸化物からなる酸化-還元対を組み合わせて固体薄膜型pHセンサを作成し,腐食環境のpHをモニタすることにより,装置材料の寿命予測を可能にすることを目的とした.このようなセンサに適する欠陥の少ないCeO_2-Y_2O_3薄膜の作製条件の最適化及び,MgO基板表面の改善,スパッタダウン方式による均質で欠陥の少ない薄膜の合成,さらに、薄膜の析出構造の変更とセンサー構造の検討について実験を行い以下の結論を得た.1) MgO基板の表面状態に及ぼすスパッタ薄膜の効果を考慮し,基板のリン酸溶液中でのエッチングを試み最適エッチング条件を見つけた.2)単独および多層薄膜作製時のガス圧、ガス組成などの最適条件を決定した.3)作製したpH電極の応答性は,高配向性結晶薄膜では,僅かな電位変化を示すのみであった.これはMgOを溶解して自立薄膜を得る際に,残留応力により皮膜に亀裂が生じたためと考える.一方,低結晶性薄膜を用いて作製したpH電極は,pH5〜13の領域で-54mV/pHの勾配を持つ応答性を示した.しかしながら,pH5以下ではほとんどpH応答を示さなかった.これについても,同様にCeO_2-Y_2O_3皮膜の欠陥によるものと考えられるが,現在のところ明確ではない.