単層カーボンナノチューブ薄膜ガスセンサーの開発と環境汚染ガス検知への応用

单壁碳纳米管薄膜气体传感器的研制及其在环境污染气体检测中的应用

• 批准号: 06J08863
• 负责人: WONGWIRIYAPAN Winadda
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J08863/
• 关键词: 単層カーボンナノチュブ; ガスセンサー; Langmuirの吸着等温式; Langmuir Hinshelwood機構; 酸化反応; 保護膜; 酸化膜被膜; 安定性向上; 単層カーボンナノチューブ; 成長形態; 密度制御; 高感度化; 吸着機構; 触媒金属修飾

環境基準で定められた大気汚染物質を超高感度で検知する技術の開発を目的として、単層カーボンナノチューブ(SWNT)をセンシング材料に採用し、SWNTガスセンサーの高感度化、機能性付与、長寿命化と劣化機構の解明、実用化に向けた大気環境への適用を目標にし、SWNTによる超高感度ガス検知システムを構築することを目指している。本年度は、SWNT上NO_2ガス分子の吸着特性について調べた。同センサーに分子認識の機能を付与するために、Pt触媒金属微粒子でSWNTを修飾した。また、SWNTガスセンサーの安定性を向上させるために、SWNTに保護膜を被膜し、性能評価をおこなった。まず、大気中での外乱を避け、真空中下でSWNT上のNO_2ガス分子の吸着特性の解析をおこなった。SWNTへのガス吸着について、Langmuirの吸着等温式を用いて解析した結果、ガス濃度とセンサー応答の相関が得られた。さらに、Langmuirの吸着等温式から得られた平衡定数および付着係数の解析から、SWNT上のNO_2の吸着エネルギーを求めた。次に、Pt修飾SWNT(Pt-SWNT)のCO検知メカニズムを考察した結果、Pt-SWNTのCO検知はPt微粒子上のCO酸化反応によるSWNTへの電子供給であり、Langmuir Hinshelwood機構にしたがうことを明らかにした。また、SWNTに酸化膜を保護膜として被膜し、センサー応答の安定性と再現性の評価をおこなった。測定回数が増えるにつれて、as-grown SWNTのセンサー応答のばらつきが大きくなっているのに対して、酸化膜被膜のものはセンサー応答が安定していることがわかった。酸化膜被膜により安定性が向上した要因として、大気分子やNO_2によるSWNTへの欠陥導入が低減されたことが挙げられる。

Environmental benchmark で up め ら れ た big 気 pollutants を ultrahigh sensitivity で 検 know す る technology の open 発 を purpose と し て, 単 カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ (SWNT) を セ ン シ ン グ material に し, SWNT ガ ス セ ン サ ー の Gao Gan degrees, functional dub, long-life と degradation institutions の interpret, be used to け に た big 気 environment へ の を shall apply The objective is to に に, SWNTによる, ultra-high sensitivity ガス検 knowledge システムを, construct する する とを とを and とを finger movements て and る る. This year, the <s:1> adsorption characteristics of no ₂ ガス molecules on ガス and SWNT are に ガス て て て べた. In the same way as the セ, <s:1>, サ, and に molecules, the <s:1> function of を is applied to するために, and Pt catalyst metal microparticles でSWNTを are used for modification to た. ま た, SWNT ガ ス セ ン サ ー の stability を upward さ せ る た め に, SWNT に し protective film を capsule, the performance evaluation of 価 を お こ な っ た. Youdaoplaceholder0, で in a large atmosphere, を to avoid け, in a vacuum, lower でSWNT, upper <s:1> no ₂ ガス molecular <s:1> adsorption characteristics <e:1> analysis をお ガス なった なった. SWNT へ の ガ ス sorption に つ い て, Langmuir の sorption isotherm を with い て parsing し た results, ガ ス concentration と セ ン サ ー 応 answer の phase masato が must ら れ た. さ ら に, Langmuir の sorption isotherm か ら have ら れ た equilibrium constant お よ び pay the coefficient の か ら, SWNT の NO_2 の sorption エ ネ ル ギ ー を o め た. に, Pt modified SWNT (Pt - SWNT) の CO 検 know メ カ ニ ズ ム を investigation し た results, the Pt - SWNT の CO 検 know は の CO acidification on Pt particles against 応 に よ る SWNT へ の electronic supply で あ り, Langmuir Hinshelwood institutions に し た が う こ と を Ming ら か に し た. を ま た, SWNT に acidification membrane protective film と し て capsule し, セ ン サ ー 応 answer の stability と reproducibility の review 価 を お こ な っ た. Determination back several が raised え る に つ れ て, the as - grown SWNT の セ ン サ ー 応 answer の ば ら つ き が big き く な っ て い る の に し seaborne て, acidification film is film の も の は セ ン サ ー 応 answer が settle し て い る こ と が わ か っ た. Acidification film is film に よ り stability が upward し た by と し て, large molecular や 気 NO_2 に よ る SWNT へ の owe 陥 import が low cut さ れ た こ と が 挙 げ ら れ る.

项目成果

単層カーボンナノチューブ上のガス吸着特性の解析

单壁碳纳米管气体吸附性能分析

• 发表时间: 2007
• 作者: Yasuhiro Nishiyama;Masayuki Kaneda;Sadayuki Asaoka;Ryota Saito;Tadashi Mori;Takehiko Wada;Yoshihisa Inoue;Yasuhiro Nishiyama;Winadda Wongwiriyapan;石田憲弘
• 通讯作者: 石田憲弘

Ultrasensitive Ozone Detection using Single-Walled Carbon Nanotube Networks

使用单壁碳纳米管网络进行超灵敏臭氧检测

• 发表时间: 2006
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics Vol. 45,No.4B
• 作者: R. Yamaguchi;ed. al.;Shin-ichi Honda 他4名
• 通讯作者: Shin-ichi Honda 他4名

Highly Sensitive Detection of Carbon Monoxide at Room Temperature Using Platinum-Decorated Single-Walled Carbon Nanotubes

• DOI: 10.1143/apex.1.014004
• 发表时间: 2008-01
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: W. Wongwiriyapan;Satoshi Inoue;T. Ito;R. Shimazaki;T. Maekawa;Kengo Suzuki;H. Ishikawa;S. Honda;K. Oura;M. Katayama

Single-Walled Carbon Nanotube Thin-Film Sensor for Ultrasensitive Gas

用于超灵敏气体的单壁碳纳米管薄膜传感器

• 发表时间: 2007
• 作者: Yasuhiro Nishiyama;Masayuki Kaneda;Sadayuki Asaoka;Ryota Saito;Tadashi Mori;Takehiko Wada;Yoshihisa Inoue;Yasuhiro Nishiyama;Winadda Wongwiriyapan
• 通讯作者: Winadda Wongwiriyapan

Influence of the growth morphology of single-walled carbon nanotubes on gas sensing performance

• DOI: 10.1088/0957-4484/17/17/023
• 发表时间: 2006-09
• 期刊: Nanotechnology
• 影响因子: 3.5
• 作者: W. Wongwiriyapan;S. Honda;H. Konishi;T. Mizuta;T. Ohmori;Y. Kishimoto;T. Ito;T. Maekawa;K. Suzuki;H. Ishikawa;T. Murakami;K. Kisoda;H. Harima;K. Oura;M. Katayama