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» 2023年03月29日 09時38分 公開

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MoOx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MoOx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。

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