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微結晶セレンからなるガス感受性材料及びそれを用いたガスセンサ 新技術説明会

国内特許コード P130009590
掲載日 2013年7月12日
出願番号 特願2011-539381
登録番号 特許第5120904号
出願日 平成22年11月4日(2010.11.4)
登録日 平成24年11月2日(2012.11.2)
国際出願番号 JP2010069614
国際公開番号 WO2011055751
国際出願日 平成22年11月4日(2010.11.4)
国際公開日 平成23年5月12日(2011.5.12)
優先権データ
  • 特願2009-254461 (2009.11.5) JP
発明者
  • 秋山 宜生
  • 大谷 槻男
出願人
  • 学校法人加計学園
発明の名称 微結晶セレンからなるガス感受性材料及びそれを用いたガスセンサ 新技術説明会
発明の概要

微結晶セレン(好適にはセレンナノワイヤ)からなるガス感受性材料及び該ガス感受性材料が2つの電極間に配置された素子構造を有するガスセンサ。
微結晶セレンは作製が容易であり、また、安価であることから、従来のガスセンサに使用されるガス感受性材料に比べてコストメリットが高い。また、微結晶セレンは室温下において湿度の影響を受けず有機ガス分子と高感度に反応し、しかも、一定電圧下に流れる電流値の変化の大きさが感受する有機ガスの種類によって異なるため、その変化の大きさの違いから、有機ガスの種類を判別することが可能である。

従来技術、競合技術の概要


近年、環境中のガス検出は、環境中の有毒ガスや無臭の一酸化炭素ガス等による危険からの回避のためにますます重要となってきている。このような環境中のガス検出を行うにはガスセンサとしては、従来、半導体式のガスセンサが知られている(例えば、特許文献1)。このガスセンサは、金属酸化物からなるN型半導体とP型半導体とを接触させた状態で高温に保ち、両半導体の接触部に環境中のガスが接触する際に、センサの抵抗値が変化することを利用して、この抵抗値の変化を電気的に検出しているP-N式ガスセンサであり、最近では、一酸化炭素ガスを選択性良く検出できるP-N式一酸化炭素ガスセンサも提案されている(特許文献2)。近時では、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)を用いたガスセンサについての検討(非特許文献1、特許文献3)や、酸化スズ(SnO)ナノワイヤを用いたガスセンサの検討がなされている(非特許文献2)。



P-N式ガスセンサは、一酸化炭素ガス以外にメタン、エタノール、酢酸エチル等の有機ガスを同時に検出できる。また、P-N式一酸化炭素ガスセンサは、一酸化炭素ガスのみを検出することが可能である。しかし、これらのガスセンサは、単体で感度良くガスの種類を判別することはできていない。また、室温安定性に欠け、ヒーターによる高温の検出動作が必要であり、多くの消費電力を必要とする。また、金属酸化物半導体にはバルク結晶を用いるため、充分な検出感度を得るには、ガス検知部(N型半導体素子とP型半導体素子の積層部)をある程度大きくすることが必要になり、センサを充分にコンパクト化することができない。一方、感度向上のためにガス検知部を大きくするとガス検知応答性が低下してしまう。また、P型半導体とN型半導体を必要とすることから、自ずとコストが高くなり、製造工程も煩雑になる。



一方、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)を用いたガスセンサは、その主材である単層カーボンナノチューブ(SWCNT)を製造するには、大掛かりで複雑な製造装置を必要とし、コスト面及び量産性に大きな問題を抱えている。また、検出対象のガスは、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等や、二酸化窒素等の無機ガスであり、有機ガスの検出や判別には不向きである。また、酸化スズ(SnO)ナノワイヤを用いたガスセンサは動作温度が高く、また、加熱を必要とするために消費電力も大きい。



近年、事務所ビルやマンションなどの新築工事、及び外壁等の改修工事などの建設現場において、多くの有害な揮発性有機化合物(ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、トルエン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ベンゼン、キシレン、アセトン、メタノールなど)を含有する塗料、接着剤、防水材などの建材が使用されており、このような建材から揮発性有機化合物が周辺環境に発散することが、シックハウス症候群の要因の一つであると認識されており、環境中の有機ガスの検出技術の向上が重要になっている。また、これらの揮発性有機化合物は爆発性有機ガスを発することから、危険回避のための検出技術の向上が重要となっている。さらに、飲酒運転防止用としてのエチルアルコール検出技術に関しても重要度が増している。

産業上の利用分野


本発明は微結晶セレンからなるガス感受性材料及び該ガス感受性材料を用いてガス(特に有機ガス)を検出する新規なガス検出技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】 微結晶セレンからなる、有機ガスの検出用のガス感受性材料。
【請求項2】 微結晶セレンがセレンナノワイヤである、請求項1記載のガス感受性材料。
【請求項4】 有機ガスが、室温での比誘電率が1.0~38.0の範囲内にある揮発性有機化合物由来のガスである請求項1記載のガス感受性材料。
【請求項5】 請求項1に記載のガス感受性材料が2つの電極間に配置された素子構造を有する、有機ガスの検出用のガスセンサ。
【請求項6】 請求項2に記載のガス感受性材料が2つの電極間に配置された素子構造を有する、有機ガスの検出用のガスセンサ。
【請求項8】 有機ガスが、室温での比誘電率が1.0~38.0の範囲内にある揮発性有機化合物由来のガスである請求項5又は6記載のガスセンサ。
【請求項9】 一定電圧の基で生じる2つの電極間に流れる電流値変化の大きさの違いからガス種を識別する請求項5、6、8のいずれか1項に記載のガスセンサ。
【請求項10】 飽和感度において2つの電極間に流れる電流値変化の大きさの違いからガス種を識別する請求項5、6、8のいずれか1項に記載のガスセンサ。
【請求項11】 緩和時間の違いを尺度として一定電圧の基で生じる2つの電極間に流れる電流値変化の大きさの時間的な特性の違いからガス種を識別する請求項5、6、8のいずれか1項に記載のガスセンサ。
産業区分
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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