相分離現象を利用した酸化物ナノワイヤーセンサアレイの作製

利用相分离现象制造氧化物纳米线传感器阵列

基本信息

批准号：
16656205
负责人：
安盛敦雄
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

ケイ酸塩系ではナノ・マイクロ領域の分相構造を有するガラスを作製でき、さらに延伸操作により分相組織を伸長させることも可能である。このような分相組織を持つガラス材料を結晶化させることにより、超微粒子が配列したナノワイヤーアレイが実現できると考えられる。この材料をセンサに用いれば、ガス透過性を維持したまま半導体の微小粒径化による高感度・高速応答性と、ガラスの易成形性による小型化が実現できると考えられる。そこで本研究では、酸化物半導体超微粒子からなるナノワイヤーアレイ材料を作製し、その電気伝導特性およびセンサ特性を評価することを目的とした。昨年度のCeO_2-Al_2O_3-SiO_2系に引き続いて、本年度は安定不混和領域が確認されているTiO_2-Al_2O_3-SiO_2系において、溶融・延伸・急冷プロセスにより水素検知用のワイヤセンサの作製を行った。またTiO_2の光触媒作用を利用した水素吸蔵・触媒燃焼作用を持つ貴金属(Pd)微粒子の担持を行った。ワイヤの電気伝導性・水素センサ特性および貴金属担持効果を評価し、酸化物半導体超微粒子ナノワイヤーアレイ材料の作製の可能性の検討を行った。その結果、作製した溶融・急冷試料では、分相を起源とした針状組織のTiO_2結晶相(Anatase)の析出が認められた。大気中にて試料の電気抵抗を測定したところ、ワイヤ試料は昨年度のCeO_2系と同様に半導体特性を示すことが分かった。また、センサ特性の調査として、空気希釈水素・空気を交互に流通させ、異なる水素濃度下での電気抵抗の測定を行ったところ、水素濃度4vol%以上では試料の抵抗値変化が確認できた。またPdを担持することにより、水素流通・濃度変化に対する抵抗変化の安定性が若干向上することがわかった。今後、センサの安定性向上のために分相組織・貴金属担持量の最適化を図る必要があると考えられる。

使用硅酸盐系统，可以在纳米微分区域中具有相分离结构的玻璃，并且可以通过拉伸扩展相分离的结构。通过结晶具有这种相分离结构的玻璃材料，可以实现一个纳米线阵列，可以实现超细颗粒的纳米线阵列。如果在传感器中使用了该材料，则认为由于半导体的细粒径而引起的高灵敏度和高速响应，同时保持气体渗透性，并且由于易于形成玻璃而可以实现小型化。因此，在这项研究中，目的是制造由超铁氧化物半导体颗粒制成的纳米线阵列材料，并评估其电导率和传感器特性。在去年的CEO_2-AL_2O_3-SIO_2系统之后，通过在TIO_2-AL_2O_3-SIO_2系统中熔化，拉伸和淬火过程制造了用于氢检测的电线传感器，该系统已被确认为具有稳定的未粘合区域。另外，通过利用TIO_2的光催化作用来支持具有氢有氢和催化燃烧的细金属（PD）颗粒。评估了电线的电导率和氢传感器特性以及携带贵金属的效果，并研究了制造氧化物半导体超铁纳米线阵列材料的可能性。结果，在制备的融化和淬火样品中观察到具有起源于相分离相的针状结构的TiO_2晶相（剖析酶）的沉淀。当在大气中测量样品的电阻时，发现电线样品表现出与去年相似的半导体特性。此外，作为对传感器特性的调查，空气稀释的氢和空气交替流动，并在不同的氢浓度下测量了电阻，并且当氢浓度为4 vol％或更多时，确认样品的电阻值的变化。还发现，携带PD稍微提高了氢气流和浓度变化的抗性变化的稳定性。人们认为，将来有必要优化相分离的结构和支持的贵金属量，以提高传感器的稳定性。