大阪大学ら、ハイブリッドガスセンサーを開発：複数のガス種を1種類の材料で検出

京都工芸繊維大学と大阪大学、金沢大学の研究グループは、日本触媒や産業技術総合研究所（産総研）の協力を得て、複数のガス種を1種類の材料で検出できる「ハイブリッドガスセンサー」を開発した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

通常の半導体式ガスセンサーに比べ、電気抵抗値は約1万分の1

　京都工芸繊維大学と大阪大学、金沢大学の研究グループは2023年3月、日本触媒や産業技術総合研究所（産総研）の協力を得て、複数のガス種を1種類の材料で検出できる「ハイブリッドガスセンサー」を開発したと発表した。これを用いると、ヘルスケア用混合ガスセンサーをウェアラブル型で実現できるという。

　従来の半導体式ガスセンサーは、1種類の半導体材料で、1種類のガスしか検出できなかったという。このため、さまざまなガス種が混合した生体ガス（呼気や体臭など）を同時に検出するためには、複数の材料を組み合わせるなどの対策を講じる必要があった。

　研究グループは今回、石英（SiO₂）基板上に高移動度材料のグラフェン（2D材料）と酸化モリブデンMoO_xナノロッド3次元（3D）ネットワークを複合した新しい構造の半導体式ガスセンサーを開発した。

上図はハイブリッドガスセンサーの電子顕微鏡像とガスセンシング特性、下図はデバイス構造とグラフェン半導体の電子構造 出所：京都工芸繊維大学他

　キャリア伝導層に高移動度材料のグラフェンを採用したことで、高い反応速度を維持しながら、電気抵抗値を極めて小さくすることができた。従来の一般的な半導体式ガスセンサーに比べて、抵抗値は4桁（約1万分の1）も小さいという。また、同一ガス種に対して、従来品はマイナスに反応する。これに対し開発したイブリッドガスセンサーは、まったく逆のプラスに反応するという。この結果から、同一ガス種をまったく異なる信号で検出できることが分かった。

上図は従来の酸化モリブデンMoO_xナノロッド3Dネットワークガスセンサーとガスセンシング特性。下図は開発したハイブリッドセンサーのデバイス構造とガスセンシング特性 出所：京都工芸繊維大学他

　今回の研究は、京都工芸繊維大学の菅原徹教授（兼大阪大学産業科学研究所招へい教授）と大阪大学の小野尭生助教、植村隆文准教授、金沢大学の辛川誠教授による研究グループが、日本触媒、産業技術総合研究所（産総研）極限機能材料研究部門の申ウソク副研究部門長、伊藤敏雄主任研究員の協力を得て行った。