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。

Before the annual に lead き 続 き, 2022 annual は room temperature に て water element と anti 応 す る ultra-low コ ス ト ON - OFF ガ ス セ ン サ の open 発 を into め た. セ ン シ ン グ material と し て は room temperature に て water element と anti 応 し, number of girder オ ー ダ ー で resistance reducing を see せ る platinum bear hold し た acidification タ ン グ ス テ を use し ン membrane, こ れ を く し shape electrode に membrane し た デ バ イ ス の を performance evaluation 価 し, そ の performance や up against 応 メ カ ニ ズ ム の 検 line for を っ た. ま ず, film thickness が water element 応 answer に and え る influence に つ い て adjustable べ た results, double に ね tu り を line っ た デ バ イ ス は 単 membrane の も の よ り も two girder ほ ど の big き な resistance reducing が confirmation で き, unseen fruit な ス イ ッ チ ン グ を to る た め に は thick film に す る こ と が hope ま し い こ と が points か っ た. Time に, film there are に す る platinum の が existence state and ぼ す influence を adjustable べ る た め, cropping し た membrane を ホ ル ム ア ル デ ヒ ド steamed 気 で UV also yuan 処 Richard を shi し た. そ の results, the metal atoms form の platinum の exist than の raised plus に よ る catalytic properties の activeness に よ り, water element の が resistance when exposed to more than 4 girder reduce す る な ど film の performance up が may で あ る こ と が points か っ た. さ ら に, electrode structure の optimization に よ る water element 応 try a の improve を み た results, く し の distance between electrodes を 0.5 mm か ら 5 microns に - more す る と empty 気 雰 囲 気 under で の resistance が girder 2 ほ ど の オ ー ダ ー で し, ベ ー ス ラ イ ン の resistance レ ベ ル が suppression may で あ る こ と を shown し た. Youdaoplaceholder0 and く type electrode <s:1> materials と て て gold, platinum, ITO <s:1> three types を を use <s:1>, water 応 answer characteristics を comparison た た. そ の results, く し department の material と し て platinum を with い た occasions の 応 a が he に than べ て very に high-speed で あ り, about 20 seconds で resistance の defining often numerical に da し た. Autologous の こ れ は, electrode catalysis が very big に き く, こ れ が 応 a feature に big き な influence を and ぼ し た も の と exam え ら れ る. The lower limit of the hydrogen explosion is である4 vol%, which is close to the <s:1> low hydrogen concentration field で very な sensitivity を there are する 検 検 and を and った. Sample ガ ス に exposure し た occasions の constant resistance numerical と water element concentration の masato is を adjustable べ た と こ ろ, concentration of water element と デ バ イ ス resistance numerical に は な linear masato is good に あ る こ と が points か っ た.

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