Development of gas sensors using nanogap electrodes

使用纳米间隙电极的气体传感器的开发

• 批准号: 20K05263
• 负责人: PHAN Trong・Tue
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05263/
• 关键词: ガスセンサ; ナノギャップ電極; 酸化セリウム; Gas Sensor; Nanogap Electrodes; Cerium Oxide; Oxygen sensor; Solution-processed

本研究では、抵抗変化型ガスセンサの電極間隔（ギャップ長）に注目し、20 nmのナノギャップ電極とすることで、従来のガスセンサと比較して約300倍高速化したガスセンサを開発することに成功した。ガスセンサは、医療・健康分野、環境分野、安全分野などさまざまな用途で利用されているが、今後さらに生活価値（QOL）の向上に貢献するにはその高速化・高機能化が欠かせない。本研究では、一般的な抵抗変化型ガスセンサについて、電子線リソグラフィを用いてギャップ長を制御することで、ギャップ長とガスセンサ応答の関係を検討した。その結果、ギャップ長が35 nm以下になるとガスセンサ応答が高速化することがわかった。本研究で開発した20 nmのナノギャップガスセンサでは、酸素ガスに対する応答速度を、一般的なギャップ長（12μm）のガスセンサの約300倍に高速化することに成功した。本研究で研究開発したナノギャップガスセンサでは、電極材料として白金、ガス検出材料として酸化セリウムを用いた。このセンサの酸素、水素、一酸化炭素に対する応答を検討したところ、酸素ガスへの高い選択性があることがわかった。ただし、ナノギャップガスセンサを構築する際に最適なガス検出材料を選択すれば、どのガスに対するガスセンサでも高速化・高機能化することが可能であるため、産業用途への幅広い応用が期待される。今後の課題としては、ガスセンサの回復特性の向上が挙げられる。

在这项研究中，我们专注于可变电阻气体传感器的电极间距（间隙长度），并且通过使用20 nm的纳米型电极电极，我们成功地开发了一种比传统气体传感器快的300倍的气体传感器。气体传感器用于各种应用，包括医疗和卫生部门，环境部门和安全部门，但为了进一步提高生活方式价值（QOL），必须提高气体传感器的速度和功能。在这项研究中，我们通过使用电子束光刻来控制间隙长度来研究典型可变电阻气体传感器的间隙长度和气体传感器响应之间的关系。结果，发现当间隙长度低于35 nm时，气体传感器响应会加快。在这项研究中开发的20 nm纳米纳GAP气体传感器已成功提高了对氧气的响应速度的响应速度约为典型间隙长度（12μm）的气体传感器的300倍。在这项研究中研究和开发的纳米含量传感器是铂为电极材料和氧化岩岩作为气体检测材料的铂。当检查该传感器对氧气，氢和一氧化碳的响应时，发现它对氧气具有很高的选择性。但是，如果用于构建NanoGap气体传感器的最佳气体检测材料，则可以增加任何气体的气体传感器的速度和功能，任何气体预计将广泛用于工业应用。未来的挑战是改善气体传感器的恢复特性。

项目成果

20-nm-Nanogap oxygen gas sensor with solution-processed cerium oxide

• DOI: 10.1016/j.snb.2021.130098
• 发表时间: 2021-05-12
• 期刊: SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL
• 影响因子: 8.4
• 作者: Phan，Trong Tue;Tosa，Tsubasa;Majima，Yutaka
• 通讯作者: Majima，Yutaka