環境モニタリングのためのナノ構造材料によるガスセンサーの開発

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大気の常時監視や汚染源の特定のため、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)を用いた高感度で小型、かっ安価なガスセンサーの開発を目標とした。SWCNTを超音波ホモジナイザーで界面活性剤(SDS溶液)に分散させた溶液をインクとして用い、インクジェット印刷法によりシリコン基板、及びフォトプリント用紙上に線幅100μmでSWCNTのパターンを描画して、その両端に銀電極を付けて、その抵抗変化を測定した。SWCNTガスセンサーの感度、及び応答速度を改善するためNd:YAGレーザー光をセンサーに照射し、基板に固定された金属相SWCNTやグラファイトなどの不純物をアブレーションによって除去するとともに、センサー抵抗値の最適化をはかった。さらに、センサー感度の向上と室温での吸着ガス分子の分解・脱着を行うために、アナターゼ型TiO_2ナノ微粒子をSWCNTに担時させた。室温で吸着ガス分子を脱着させる場合には、紫外線発光ダイオード(UV-LED)をセンサーに照射しTiO_2を活性化した。被検ガスとして窒素ガスで希釈した50ppbから10ppmの二酸化窒素(NO_2)ガスを用いて、SWCNTセンサーの特性を測定した。その結果、50ppbのNO_2ガスに対して約8%のセンサー感度(センサー抵抗の変化率)が得られ、従来のSWCNT分散液の滴下により作製したセンサーと比較して、著しい感度の増加と応答性の改善が確認された。SWCNTの固定基板としてフォトプリント用紙を用いた場合にも同様な結果が得られ、より安価な使い捨て型のガスセンサーとしての利用が考えられる。SWCNTの細線パターンをブリッジ構成とし、銀ナノインクを用いてインクジェット印刷により配線することで、SWCNTガスセンサーの小型化、及び精度と安定性の改善が可能と考えられる。