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

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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。