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，我们重点关注可变电阻气体传感器的电极间距（间隙长度），并通过使用 20 nm 纳米间隙电极成功开发出比传统气体传感器快约 300 倍的气体传感器。气体传感器广泛应用于医疗保健领域、环境和安全领域，但为了进一步提高生活质量 (QOL)，气体传感器必须变得更快、更灵敏。复杂的。在本研究中，我们通过使用电子束光刻控制间隙长度，研究了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，当间隙长度小于35 nm时，气体传感器响应变得更快。本研究开发的20 nm纳米间隙气体传感器成功地将氧气的响应速度提高到典型间隙长度（12 μm）气体传感器的约300倍。本研究研发的纳米间隙气体传感器采用铂作为电极材料，氧化铈作为气体检测材料。当我们研究该传感器对氧气、氢气和一氧化碳的响应时，我们发现它对氧气具有很高的选择性。然而，如果在构建纳米间隙气体传感器时选择最佳的气体检测材料，则可以提高气体传感器对任何气体的速度和功能，因此有望在工业应用中拥有广泛的应用。未来的挑战包括提高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

采用溶液处理氧化铈的 20 nm 纳米间隙氧气传感器

• DOI: 10.1016/j.snb.2021.130098
• 发表时间: 2021
• 作者: Phan Trong Tue;Tosa Tsubasa;Majima Yutaka
• 通讯作者: Majima Yutaka