自律アラート機能を有した超低コストガスセンサ開発と分散システムによる漏洩可視化

使用分布式系统开发具有自主警报功能和泄漏可视化的超低成本气体传感器

• 批准号: 21K18787
• 负责人: 岡崎 慎司
• 金额: $ 3.91万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18787/
• 关键词: 水素検知スイッチ; 分散型ガス漏洩検知システム; 自律アラート; 白金担持酸化タングステン

前年度に引き続き、2022年度は常温にて水素と反応する超低コストON-OFFガスセンサの開発を進めた。センシング材料としては常温にて水素と反応し，数桁オーダーで抵抗減少を見せる白金担持した酸化タングステン膜を利用し，これをくし形電極上に製膜したデバイスの性能を評価し，その性能向上や反応メカニズムの検討を行った。まず、膜厚が水素応答に与える影響について調べた結果、二重に重ね塗りを行ったデバイスは単膜のものよりも二桁ほどの大きな抵抗減少が確認でき、効果的なスイッチング作用を得るためには厚膜にすることが望ましいことが分かった。次に、薄膜中に存在する白金の存在状態が及ぼす影響を調べるため、作製した膜をホルムアルデヒド蒸気中でUV還元処理を施した。その結果、金属原子状の白金の存在比の増加による触媒特性の活性化により、水素曝露時の抵抗が4桁以上減少するなど薄膜の性能向上が可能であることが分かった。さらに、電極構造の最適化による水素応答の改善を試みた結果、くし型電極間の距離を0.5 mmから5μmに変更すると空気雰囲気下での抵抗が2桁ほどのオーダーで低下し、ベースラインの抵抗レベルが制御可能であることを示した。また、くし型電極の材料として金，白金，ITOの3種類を使用し、水素応答特性を比較した。その結果、くし型部の材料として白金を用いた場合の応答が他に比べて非常に高速であり、約20秒で抵抗の下限定常値に達した。これは，電極自体の触媒作用が非常に大きく、これが応答特性に大きな影響を及ぼしたものと考えられる。水素の爆発下限界である4 vol%付近の低水素濃度領域で十分な感度を有するか検討を行った。試料ガスに曝露した場合の定常抵抗値と水素濃度の関係を調べたところ、水素濃度とデバイス抵抗値には良好な直線関係にあることが分かった。

从上一年开始，即2022年，我们一直在开发一种超低成本的启用气体传感器，该传感器在室温下与氢反应。作为一种传感材料，我们使用了铂支持的氧化钨膜，该氧化钨膜在室温下与氢反应，并以几个数量级的顺序降低了电阻，并评估了在梳状电极上形成的设备的性能，并检查了设备的性能和反应机制。首先，我们研究了薄膜厚度对氢反应的影响，并发现与单膜相比，用双层涂层涂层的设备大大降低了大约两个数量级，并且值得使用厚膜以获得有效的开关效果。接下来，为了研究薄膜中存在铂的存在的作用，制备的膜在甲醛蒸气中进行了紫外线还原处理。结果，发现由于金属 - 原子铂的丰度比增加而引起的催化特性的激活可以改善薄膜的性能，例如在氢气暴露期间通过四个数量级或更高的数量降低氢的耐药性。此外，由于试图通过优化电极结构来改善氢响应的结果，发现将梳子形电极之间的距离从0.5 mm更换为5μm，在两个幅度的数量级的订单下，在空气大气下降低了电阻，这表明在基线处的电阻水平可以控制。此外，还使用了三种用于梳形电极的材料：金，铂和ITO，并比较了氢反应特性。结果，当使用铂用作梳子部分的材料时，响应速度比其他部位快得多，在约20秒内达到了限制正常值。人们认为这是由于电极本身的催化作用极大，这对响应特征产生了重大影响。我们研究了低氢浓度范围（接近4 vol％）是否具有足够的灵敏度。当研究暴露于样品气体时的稳态电阻值与氢浓度之间的关系时，发现氢浓度与设备电阻值之间存在良好的线性关系。

项目成果

水素の製造とその輸送,貯蔵,利用技術（第4章 第9節 水素漏えい検知システムの高度化を目指した分布型水素センサの開発 468-480 ）

氢气的生产、运输、储存和利用技术（第四章第9节旨在改进氢气泄漏检测系统的分布式氢气传感器的开发468-480）

• 发表时间: 2022
• 作者: 執筆者：59名;技術情報協会
• 通讯作者: 技術情報協会

自律アラート機能を有した超低コスト水素センサデバイスの開発

开发具有自主警报功能的超低成本氢传感器装置

• 发表时间: 2022
• 作者: 古澤志帆;石田泰之;藤山真美子;持田灯;石田泰之;岡崎慎司，笠井尚哉
• 通讯作者: 岡崎慎司，笠井尚哉