希土類金属薄膜を用いた光検知式水素ガスセンサーの研究

稀土金属薄膜光电探测型氢气传感器的研究

• 批准号: 10875127
• 负责人: 高田 雅介
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10875127/
• 关键词: 水素ガスセンサー; 室温作動型; 光検知方式; Pd; Y; 二層薄膜; Pt担持; 回復特性; 触媒作用

本萌芽的研究では、希土類金属薄膜の光学的性質が水素化に伴って変化する現象を光検知式水素ガスセンサーに応用し、センサーの高感度化および高速化を目指した。これまでの研究において、本申請者は、Pd/Y 二層薄膜を常温常圧下の水素にさらした際に、その透過率が約17倍にまで急激に増加することを見い出していた。その水素検出時における作動速度は大きく、変化量の90%に到達するまでの時間は約8秒以内であった。さらに、雰囲気を水素から空気に戻すとその透過率は減少してある値まで回復し、繰り返し水素化させた場合でもこの現象が高い再現性を有することも明らかとしていた。しかしながら、この水素ガスセンサーは、水素濃度増加時の応答速度に比べて水素濃度減少時の回復速度が小さいという問題点を抱えていた。この問題を解決するために、Ptの触媒作用に着目し、Pd薄膜の表面にPtを堆積させたセンサー素子のガス検知特性について検討した。その結果、Pd表面に微量のPtを担持させることにより回復速度を向上させることに成功した。乾燥空気中において、Pd/Y薄膜の回復時間は20〜50秒を要していたのに対し、Pt/Pd/Y薄膜では10〜15秒にまで短縮された。回復速度が回復時の雰囲気中酸素濃度の増加とともに向上したことから、回復過程は表面での水の生成反応により律速されていると推察された。この結果を考慮すると、回復速度を向上させるPt担持の効果は、Pd表面上に比べてPt表面上での酸素被覆率が高いことおよび水の生成反応における活性化エネルギーが低いことにより水の生成反応が促進されることに起因していると考えられる。以上の研究から、希土類金属薄膜を用いた光検知式水素ガスセンサーにおいて高感度および高速作動を実現させることに成功した。さらに、このセンサーにおけるY薄膜が0.1%という低濃度水素の検出後、大気中においてYH_2の状態を保持しており、Pd/Y二層薄腹が水素貯蔵能力のみならず集積能力を有していることを明らかにした。

The research of this thesis aims at the study of optical properties of rare earth metal thin films, such as hydration, high sensitivity and high speed. In this study, the present applicant found that the Pd/Y two-layer thin film has a high transmittance of about 17 times under normal temperature and pressure. When the water element is released, the actuation speed is greater than 90%, and the time to reach it is less than 8 seconds. The transmission rate of the water element is reduced, and the water element is reduced. When the water concentration increases, the recovery speed is smaller than when the water concentration decreases. This problem is solved by Pt catalyst, Pt deposition on the surface of Pd film, and the detection characteristics of Pt particles. The result is that the Pd surface is supported by a small amount of Pt. In dry air, the recovery time of Pd/Y films is shortened from 20 to 50 seconds, while that of Pt/Pd/Y films is shortened from 10 to 15 seconds. The recovery rate increases with the increase of acid concentration in the recovery process, and the recovery rate increases with the increase of water production rate. The result is that the Pt support effect is higher on Pd surface than on Pt surface, and the water generation reaction is higher on Pd surface than on Pt surface. The above research has been successful in the realization of high sensitivity and high speed operation of rare earth metal films. In addition, the Pd/Y two-layer thin film has the water storage ability and the water accumulation ability after the low concentration of water element is detected and the high concentration of water element is maintained.

项目成果

Y.Okuhara et al.: "Influence of Phase Transformation in Pd Hydride on the Recovery characteristics of Optical Hydrogen Sensors" Bull. Mater.Sci.印刷中.

Y.Okuhara 等人：“氢化钯中的相变对光学氢传感器恢复特性的影响”，Mater.Sci 出版。

Y.Okuhara et al.: "Recovery Characteristics of Optical Hydrogen Sensor Using Pd Thin Film: Behavior of Three-Stage Hydrogen Desorption" Bull.Mater.Sci.22・2印刷中. (1999)

Y.Okuhara 等人：“使用 Pd 薄膜的光学氢传感器的恢复特性：三阶段氢解吸的行为”Bull.Mater.Sci.22·2 已出版（1999 年）。