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

使用纳米结构材料开发用于环境监测的气体传感器

基本信息

批准号：
08F08052
负责人：
池上知顯
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Kumamoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

为了不断地监测大气并确定污染的来源，目标是使用单壁碳纳米管（SWCNT）开发高度敏感，紧凑且廉价的气体传感器。将SWCNT分散在表面活性剂（SDS溶液）中的溶液（SDS溶液），将超声均匀的液体作为墨水，在硅基板上绘制SWCNT的模式，并在100μm的线宽度上绘制SWCNT，并将银电极连接到两端，以测量SWCNT的电阻。为了提高SWCNT气体传感器的灵敏度和响应速度，将传感器照射为ND：YAG激光光，并通过消融去除固定在基板上的金属相SWCNT和石墨等杂质，并优化了传感器的电阻。此外，为了提高传感器的敏感性并分解并解除在室温下吸附的气体分子，将剖腹酶型TIO_2纳米颗粒加载。当吸附的气体分子在室温下解吸时，用紫外线发射二极管（UV-LED）辐照传感器以激活TIO_2。使用50 ppb至10 ppm的二氧化氮（NO_2）气体用氮气作为测试气体稀释的氮气（NO_2）气体测量SWCNT传感器的特性。结果，与传统的SWCNT分散体相比，相比，传感器敏感性（传感器电阻变化速率）约为8％，并获得了50 ppb no_2气体的敏感性，并确认灵敏度和响应能力的显着提高。当将Photoprint纸用作SWCNT的固定底物时，可以获得类似的结果，并且可以将其用作更便宜的一次性气体传感器。通过使用油墨打印的银色纳米墨水的桥梁结构，并通过喷墨印刷使用银纳米墨水，可以相信SWCNT气体传感器的小型化以及可以提高准确性和稳定性的方法。