従来より1桁低い検出下限濃度――直径0.1mmの小型ガスセンサで100億分の1の有害ガス検出に成功 九州大学など

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本研究で使用した小型ガスセンサ素子のSEM写真

九州大学は2018年8月29日、同大学の研究グループとフィガロ技研が共同で、半導体ガスセンサのVOC(揮発性有機化合物)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たと発表した。

IoTの進展により、医療分野でも、簡易呼気分析により診断した各個人のデータをインターネット経由で医療機関で収集するなどの応用が期待されている。しかし、呼気分析に対応するには0.1ppb(100億分の1)レベルかそれ以下の濃度の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だった。九州大学では、これまで確立したガスセンサの設計指針を活用し、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た。

今回の研究では、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手法を提案した。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発見した。

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。

同研究グループは、この手法は材料およびデバイス設計の点でさらに改善の余地があり、近い将来、人間の鼻に匹敵する数ppt(1兆分の1)のガス検出も期待できると述べている。

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