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研究成果

公開日:2018.08.29

直径0.1mmの小型ガスセンサを用いて100億分の1の有害ガスの検出に成功
~超高感度なマイクロガスセンサの実現に期待~

研究成果 工学

 九州大学大学院総合理工学研究院の島ノ江憲剛教授、渡邉賢准教授、末松昂一助教らの研究グループは、フィガロ技研株式会社と共同で半導体ガスセンサのVOCガス検出下限濃度を従来に比べ約1桁低減することに成功しました。
 近い将来到来するIoT(モノのインターネット)社会では、各種センサとインターネットが繋がり、離れた場所の情報をインターネット経由で収集でき、医療分野においてもこの技術の応用が大いに期待されています。利用方法としては、糖尿病等の生活習慣病から癌等の重大疾病を簡易呼気分析により診断、各個人の情報を医療機関で収集すること等が予想されます。しかしながら、呼気分析に対応するためには0.1ppb(100億分の1)レベル、もしくはそれ以下の濃度のVOCガスを検出する必要があり、従来のガスセンサでは困難でした。当研究室では、これまで確立したガスセンサの設計指針を活用することにより、パラジウム触媒を担持した酸化スズナノ粒子の凝集状態を精密に制御することで、数ppbのVOCガスを検出することに成功していました。本研究では、同様の材料を瞬時加熱-冷却が可能な小型ガスセンサ素子に搭載、センサのON/OFFを繰り返しながら動作させることで、VOCガスをセンサ膜の内部に高濃度で導入することを提案するものです。この手法により、従来の検出限界より1桁低い0.2ppbのトルエンガス(VOCガスの一種)が検出可能であることを見出しました。
 本研究の成果は、2018年8月22日(水)(日本時間)に米国の学術誌「Analytical Chemistry」に掲載され、2018年9月5日(水)~7日(金)に名古屋工業大学で開催される公益社団法人日本セラミックス協会第31回秋季シンポジウムで発表されます。

本研究で使用した小型ガスセンサ素子のSEM写真。

本研究で得られたトルエンに対するセンサ感度とトルエン濃度の関係。応答ノイズとの関係から、現状の検出下限が0.2 ppbであることを示す。

研究者からひとこと

 本研究では、半導体ガスセンサの駆動方法を改良することで0.2 ppbのトルエン検出に成功しました。本手法は、材料およびデバイス設計の観点から更なる改善の余地があると考えています。近い将来、人間の鼻に匹敵する、数ppt(1兆分の1)のガス検出を実現できると期待しています。

論文情報

Pulse-Driven Semiconductor Gas Sensors Toward ppt Level Toluene Detection ,Analytical Chemistry,
10.1021/acs.analchem.8b03076

研究に関するお問い合わせ先

島ノ江 憲剛 総合理工学研究院 教授
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