JP2003227806A - 気体物質検知方法 - Google Patents
気体物質検知方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大幅な検知感度の向上を再現性よく実現でき
る、カーボンナノチューブを用いた気体物質検知方法を
提供する。 【解決手段】 気体物質存在下においてカーボンナノチ
ューブが示す電気的挙動に基づいて該気体物質を検知す
る気体物質検知方法であって、前記カーボンナノチュー
ブとして多層カーボンナノチューブを用いる。前記多層
カーボンナノチューブを、対象雰囲気に対し曝露する工
程と、前記曝露に基づく多層カーボンナノチューブの導
電性を測定する工程と、を含む。
る、カーボンナノチューブを用いた気体物質検知方法を
提供する。 【解決手段】 気体物質存在下においてカーボンナノチ
ューブが示す電気的挙動に基づいて該気体物質を検知す
る気体物質検知方法であって、前記カーボンナノチュー
ブとして多層カーボンナノチューブを用いる。前記多層
カーボンナノチューブを、対象雰囲気に対し曝露する工
程と、前記曝露に基づく多層カーボンナノチューブの導
電性を測定する工程と、を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、メタン、一酸化炭
素、ＮＯｘ等の各種気体物質を、少ない消費電力でかつ
高感度に検知するために特に好適に用いられる、カーボ
ンナノチューブを用いた気体物質検知方法に関する。
素、ＮＯｘ等の各種気体物質を、少ない消費電力でかつ
高感度に検知するために特に好適に用いられる、カーボ
ンナノチューブを用いた気体物質検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】分子レベルでのワイヤー構造を有するカ
ーボンナノチューブ（ＣＮＴ）に関しては、そのキラリ
ティに基づいて半導体的性質から金属性にまで変化する
性質や、優れた機械的硬強度を有する点が注目されてい
る。近年、ＣＮＴが有するこれらの特性を利用して、こ
れを化学センサーとして用いる例が報告されている（Sc
ience,VOl287,p.622,Jan28,2000）。
ーボンナノチューブ（ＣＮＴ）に関しては、そのキラリ
ティに基づいて半導体的性質から金属性にまで変化する
性質や、優れた機械的硬強度を有する点が注目されてい
る。近年、ＣＮＴが有するこれらの特性を利用して、こ
れを化学センサーとして用いる例が報告されている（Sc
ience,VOl287,p.622,Jan28,2000）。
【０００３】上記文献では、単層カーボンナノチューブ
（single-walled carbon nanotubes）が、二酸化窒素や
アンモニア等のガス雰囲気中に曝露された場合に、その
電気抵抗値が増減する性質を利用して、単層ＣＮＴをガ
スセンサーとして用いる例が開示されている。
（single-walled carbon nanotubes）が、二酸化窒素や
アンモニア等のガス雰囲気中に曝露された場合に、その
電気抵抗値が増減する性質を利用して、単層ＣＮＴをガ
スセンサーとして用いる例が開示されている。
【０００４】一方、従来より、二酸化窒素の検知は、燃
焼や排気ガスによる大気汚染のモニタリングにおいて、
また、アンモニアの検知は、工業、医療、生体環境等に
おいて重要視されている。しかし、これらのガス検知感
度を高めるためには、半導体メタルオキサイド等を用い
た既存の技術では、２００℃〜６００℃の高温で検知を
行う必要があり、検知条件の設定が複雑化するという傾
向にある。
焼や排気ガスによる大気汚染のモニタリングにおいて、
また、アンモニアの検知は、工業、医療、生体環境等に
おいて重要視されている。しかし、これらのガス検知感
度を高めるためには、半導体メタルオキサイド等を用い
た既存の技術では、２００℃〜６００℃の高温で検知を
行う必要があり、検知条件の設定が複雑化するという傾
向にある。
【０００５】これに対し、上記単層ＣＮＴを用いる方法
では、例えば、二酸化窒素やアンモニア等の対象気体物
質を含む雰囲気中に数秒〜数分間ＣＮＴを曝露するだけ
で、しかも常温での検知が可能であるという点で優れて
いる。
では、例えば、二酸化窒素やアンモニア等の対象気体物
質を含む雰囲気中に数秒〜数分間ＣＮＴを曝露するだけ
で、しかも常温での検知が可能であるという点で優れて
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単層Ｃ
ＮＴは合成方法によってジグザグ型、アームチェアー型
など様々な構造を取りうる。その結果、電気的性質も金
属性から半導体性まで変化するため、一定の品質のもの
が得られない場合が多い。また、構造が異なるために欠
陥が生じやすく、物性が安定しない欠点を有している。
ＮＴは合成方法によってジグザグ型、アームチェアー型
など様々な構造を取りうる。その結果、電気的性質も金
属性から半導体性まで変化するため、一定の品質のもの
が得られない場合が多い。また、構造が異なるために欠
陥が生じやすく、物性が安定しない欠点を有している。
【０００７】本発明は以上のような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、大幅な検知感度の向上を再
現性よく実現できるカーボンナノチューブを用いた気体
物質検知方法を提供することにある。
たものであり、その目的は、大幅な検知感度の向上を再
現性よく実現できるカーボンナノチューブを用いた気体
物質検知方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願発明者等は、上記目
的を達成するために鋭意検討した。その結果、多層構造
のカーボンナノチューブをセンサーとして用いることに
より、単層構造の場合に比較して飛躍的に検知感度が向
上し、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完
成するに至った。
的を達成するために鋭意検討した。その結果、多層構造
のカーボンナノチューブをセンサーとして用いることに
より、単層構造の場合に比較して飛躍的に検知感度が向
上し、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完
成するに至った。
【０００９】請求項１記載の気体物質検知方法は、上記
の課題を解決するために、気体物質存在下にカーボンナ
ノチューブが示す電気的挙動に基づいて、該気体物質を
検知する気体物質検知方法であって、前記カーボンナノ
チューブとして多層カーボンナノチューブを用いること
を特徴としている。
の課題を解決するために、気体物質存在下にカーボンナ
ノチューブが示す電気的挙動に基づいて、該気体物質を
検知する気体物質検知方法であって、前記カーボンナノ
チューブとして多層カーボンナノチューブを用いること
を特徴としている。
【００１０】上記の構成によれば、ＣＮＴが多層化して
いることで、結晶化度が高くなるため、単層ＣＮＴでは
得られない低い表面抵抗を得ることができるので、気体
物質の検知感度を大幅に向上させることができる。ま
た、多層構造を備えることで、より均質な物性を得るこ
とができるので、高い検知感度をより再現性よく得るこ
とができる。
いることで、結晶化度が高くなるため、単層ＣＮＴでは
得られない低い表面抵抗を得ることができるので、気体
物質の検知感度を大幅に向上させることができる。ま
た、多層構造を備えることで、より均質な物性を得るこ
とができるので、高い検知感度をより再現性よく得るこ
とができる。
【００１１】請求項２の気体物質検知方法は、上記の課
題を解決するために、前記多層カーボンナノチューブ
を、対象雰囲気に対し曝露する工程と、前記曝露に基づ
く多層カーボンナノチューブの導電性を測定する工程
と、を含むことを特徴としている。
題を解決するために、前記多層カーボンナノチューブ
を、対象雰囲気に対し曝露する工程と、前記曝露に基づ
く多層カーボンナノチューブの導電性を測定する工程
と、を含むことを特徴としている。
【００１２】上記の構成によれば、多層ＣＮＴを、対象
雰囲気に対し曝露することで、該雰囲気中に気体物質が
存在すると、多層ＣＮＴの導電性が変化する。この導電
性を測定することにより、導電性の変化値を算定する等
により気体物質の検知又は定量を高感度で行うことがで
きる。
雰囲気に対し曝露することで、該雰囲気中に気体物質が
存在すると、多層ＣＮＴの導電性が変化する。この導電
性を測定することにより、導電性の変化値を算定する等
により気体物質の検知又は定量を高感度で行うことがで
きる。
【００１３】請求項３記載の気体物質検知方法は、上記
の課題を解決するために、異物質を内包していることを
特徴としている。
の課題を解決するために、異物質を内包していることを
特徴としている。
【００１４】請求項４記載の気体物質検知方法は、上記
の課題を解決するために、前記異物質が導電性物質であ
ることを特徴としている。
の課題を解決するために、前記異物質が導電性物質であ
ることを特徴としている。
【００１５】上記の構成によれば、前記多層化したＣＮ
Ｔが前記異物質を内包していることで、カーボンナノチ
ューブ自身が持つ材料特性以外に、前記異物質が持つ特
性を導入することができる。例えば、より導電性の高い
異物質を内包させることで、より表面抵抗を低くするこ
とができる等、状況に応じて検知感度をさらに向上させ
ることができる。
Ｔが前記異物質を内包していることで、カーボンナノチ
ューブ自身が持つ材料特性以外に、前記異物質が持つ特
性を導入することができる。例えば、より導電性の高い
異物質を内包させることで、より表面抵抗を低くするこ
とができる等、状況に応じて検知感度をさらに向上させ
ることができる。
【００１６】請求項５記載の気体物質検知方法は、上記
の課題を解決するために、前記異物質が鉄、ニッケル、
およびコバルトのうち少なくとも一種の金属であること
を特徴としている。
の課題を解決するために、前記異物質が鉄、ニッケル、
およびコバルトのうち少なくとも一種の金属であること
を特徴としている。
【００１７】上記の構成によれば、前記異物質が、より
導電性の高い鉄、ニッケル、およびコバルトのうちの少
なくとも一種の金属であることで、さらに表面抵抗を軽
減させることができるので、検知感度を大幅に向上させ
ることができる。
導電性の高い鉄、ニッケル、およびコバルトのうちの少
なくとも一種の金属であることで、さらに表面抵抗を軽
減させることができるので、検知感度を大幅に向上させ
ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について説明
すれば以下のとおりである。本発明の気体物質検知方法
は、気体物質存在下にＣＮＴが示す電気的挙動に基づい
て該気体物質を検知する気体物質検知方法であって、前
記ＣＮＴとして多層化したＣＮＴを用いる方法である。
具体的には、例えば、本発明の気体物質検知方法は、多
層カーボンナノチューブを、対象雰囲気に対し曝露する
工程と、前記曝露前後における多層カーボンナノチュー
ブの導電性を測定する工程とを含むことにより、曝露前
後における多層ＣＮＴの導電性の変化値に基づき、対象
となるガス雰囲気中での被検知気体物質の有無の検知、
あるいは気体物質の定量等を行う方法である。
すれば以下のとおりである。本発明の気体物質検知方法
は、気体物質存在下にＣＮＴが示す電気的挙動に基づい
て該気体物質を検知する気体物質検知方法であって、前
記ＣＮＴとして多層化したＣＮＴを用いる方法である。
具体的には、例えば、本発明の気体物質検知方法は、多
層カーボンナノチューブを、対象雰囲気に対し曝露する
工程と、前記曝露前後における多層カーボンナノチュー
ブの導電性を測定する工程とを含むことにより、曝露前
後における多層ＣＮＴの導電性の変化値に基づき、対象
となるガス雰囲気中での被検知気体物質の有無の検知、
あるいは気体物質の定量等を行う方法である。
【００１９】本発明において、多層ＣＮＴとは、単層Ｃ
ＮＴが多層（２層以上）に積み重なった多層構造を有し
ていることをいう。すなわち、単層ＣＮＴはグラフェン
（graphene；単原子層のグラファイト）が丸く閉じた単
原子層厚さのチューブであり、その直径は１〜２ｎｍで
ある。これに対し、本発明の多層ＣＮＴは、上記チュー
ブが多層に積み重なったチューブであり、外径５〜５０
ｎｍ（内径３〜１０ｎｍ）である。チューブ長軸方向の
長さは１０μｍを超え、下記に述べるように比較的大き
なアスペクト比を有している。
ＮＴが多層（２層以上）に積み重なった多層構造を有し
ていることをいう。すなわち、単層ＣＮＴはグラフェン
（graphene；単原子層のグラファイト）が丸く閉じた単
原子層厚さのチューブであり、その直径は１〜２ｎｍで
ある。これに対し、本発明の多層ＣＮＴは、上記チュー
ブが多層に積み重なったチューブであり、外径５〜５０
ｎｍ（内径３〜１０ｎｍ）である。チューブ長軸方向の
長さは１０μｍを超え、下記に述べるように比較的大き
なアスペクト比を有している。
【００２０】本発明のＣＮＴの多層構造において、層
（グラフェン）の数は２層以上であればよく、特に限定
はないが、層数に関わらず、結晶化度が高いものがより
好ましい。さらに、多層構造は入れ子構造、スクロール
構造、パッチワーク構造などを取りうるが、特に限定さ
れるものではない。
（グラフェン）の数は２層以上であればよく、特に限定
はないが、層数に関わらず、結晶化度が高いものがより
好ましい。さらに、多層構造は入れ子構造、スクロール
構造、パッチワーク構造などを取りうるが、特に限定さ
れるものではない。
【００２１】上記において多層ＣＮＴの導電性の変化値
は、多層カーボンナノチューブを、被検知対象となる気
体物質を含む、あるいは含まない、ガス雰囲気中に、所
定時間曝露し、曝露前後での多層ＣＮＴの導電性を測定
する。
は、多層カーボンナノチューブを、被検知対象となる気
体物質を含む、あるいは含まない、ガス雰囲気中に、所
定時間曝露し、曝露前後での多層ＣＮＴの導電性を測定
する。
【００２２】本発明の気体物質検知方法の具体的な態様
としては、例えば、被検知対象となる気体物質を含む密
閉容器中に、多層ＣＮＴを載置し、この状態で、多層Ｃ
ＮＴに対し印加する電圧値を変化させ、流れる電流値を
測定してＩ/Ｖ曲線を作成する。これと、予め作成した
標準Ｉ/Ｖ曲線等との比較により導電性の増減から、検
知されるべき気体物質の存否、多寡を決定する等の方法
が挙げられる。
としては、例えば、被検知対象となる気体物質を含む密
閉容器中に、多層ＣＮＴを載置し、この状態で、多層Ｃ
ＮＴに対し印加する電圧値を変化させ、流れる電流値を
測定してＩ/Ｖ曲線を作成する。これと、予め作成した
標準Ｉ/Ｖ曲線等との比較により導電性の増減から、検
知されるべき気体物質の存否、多寡を決定する等の方法
が挙げられる。
【００２３】本発明の気体物質検知方法では、上記のよ
うなモニタリングを行う場合の設定温度として、特に高
温とする必要はなく、常温で、充分な検知感度を得るこ
とができる。また、多層ＣＮＴを用いることで、従来の
単層ＣＮＴを用いた場合と比較して、導電性の増減がさ
らに大きくなるので、高感度で気体物質を検知すること
が可能である。
うなモニタリングを行う場合の設定温度として、特に高
温とする必要はなく、常温で、充分な検知感度を得るこ
とができる。また、多層ＣＮＴを用いることで、従来の
単層ＣＮＴを用いた場合と比較して、導電性の増減がさ
らに大きくなるので、高感度で気体物質を検知すること
が可能である。
【００２４】ガス雰囲気中に多層ＣＮＴを曝露させる時
間は、対象となる気体物質の種類、濃度、用いる多層Ｃ
ＮＴのサイズ等により異なり、特に限定されず、必要に
応じて適宜設定することができる。
間は、対象となる気体物質の種類、濃度、用いる多層Ｃ
ＮＴのサイズ等により異なり、特に限定されず、必要に
応じて適宜設定することができる。
【００２５】尚、本発明の気体物質検知方法に用いた多
層ＣＮＴは、アルゴン雰囲気等に数時間載置する、また
は、２００℃前後で１時間程度加熱する等の処理によ
り、繰返し使用することが可能である。
層ＣＮＴは、アルゴン雰囲気等に数時間載置する、また
は、２００℃前後で１時間程度加熱する等の処理によ
り、繰返し使用することが可能である。
【００２６】多層ＣＮＴを製造する方法としては、例え
ば、グラファイト電極を用いたアーク放電法、炭化水素
の気相熱分解法、グラファイトのレーザー昇華法、凝縮
相の電解法等が挙げられる。本実施の形態では、特開平
6-280116号公報や特開平6-228824号公報等に開示されて
いるアーク放電法を用いた合成方法を参照して多層ＣＮ
Ｔを合成した。
ば、グラファイト電極を用いたアーク放電法、炭化水素
の気相熱分解法、グラファイトのレーザー昇華法、凝縮
相の電解法等が挙げられる。本実施の形態では、特開平
6-280116号公報や特開平6-228824号公報等に開示されて
いるアーク放電法を用いた合成方法を参照して多層ＣＮ
Ｔを合成した。
【００２７】本発明の検知方法に用いるＣＮＴは、その
内部に導電性の異物質（導電性物質）を内包している構
成がより好ましい。導電性物質としては、金属、超伝導
体、導電性高分子などが挙げられる。多層ＣＮＴは、金
属、炭化物等を内包することで、導電性がさらに高くな
り、より高い検知感度を得ることができる。
内部に導電性の異物質（導電性物質）を内包している構
成がより好ましい。導電性物質としては、金属、超伝導
体、導電性高分子などが挙げられる。多層ＣＮＴは、金
属、炭化物等を内包することで、導電性がさらに高くな
り、より高い検知感度を得ることができる。
【００２８】本発明の検知方法に用いるＣＮＴ内部に内
包される金属の種類は、特に限定されないが、導電性が
高いものほど高い検知感度が得られるため好ましい。具
体的には鉄、銅、金、銀、ニッケル、コバルト等が挙げ
られる。特に鉄、ニッケル、コバルトが好ましい。上記
例示の金属原子のうち、鉄原子を用いることが特に好ま
しい。なお、これらの金属には不純物として金属の炭化
物、酸化物が含まれていても良い。
包される金属の種類は、特に限定されないが、導電性が
高いものほど高い検知感度が得られるため好ましい。具
体的には鉄、銅、金、銀、ニッケル、コバルト等が挙げ
られる。特に鉄、ニッケル、コバルトが好ましい。上記
例示の金属原子のうち、鉄原子を用いることが特に好ま
しい。なお、これらの金属には不純物として金属の炭化
物、酸化物が含まれていても良い。
【００２９】また、内包される異物質は、ＣＮＴのチュ
ーブ内ほぼ全体に充填されていても、一部のみに内包さ
れていてもよい。また、多層ＣＮＴの形状は、両端部が
開放している円筒形状であっても、一方の端部のみが開
いた円筒形状であってもよい。
ーブ内ほぼ全体に充填されていても、一部のみに内包さ
れていてもよい。また、多層ＣＮＴの形状は、両端部が
開放している円筒形状であっても、一方の端部のみが開
いた円筒形状であってもよい。
【００３０】本発明の多層化したＣＮＴのアスペクト比
は、特に限定されないが、１０〜１００００程度が好ま
しく、５０〜１００００がより好ましく、１００〜１０
０００がさらに好ましい。
は、特に限定されないが、１０〜１００００程度が好ま
しく、５０〜１００００がより好ましく、１００〜１０
０００がさらに好ましい。
【００３１】超伝導体としては、例えば、鉛、錫、ガリ
ウム等の元素、半導体としては、シリコン、ゲルマニウ
ム、砒化ガリウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛等、磁性体
としてはサマリウム、ガドリニウム、ランタン、鉄、コ
バルト、ニッケル等の元素及びその混合物等を用いるこ
とができる。
ウム等の元素、半導体としては、シリコン、ゲルマニウ
ム、砒化ガリウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛等、磁性体
としてはサマリウム、ガドリニウム、ランタン、鉄、コ
バルト、ニッケル等の元素及びその混合物等を用いるこ
とができる。
【００３２】また、導電性高分子としては、ポリアニリ
ン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリピロール、
ポリフェニレンビニレン等を用いることができる。
ン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリピロール、
ポリフェニレンビニレン等を用いることができる。
【００３３】次に、ＣＮＴに上記例示の異物質を導入す
る方法について説明する。一つめの方法としては、上記
従来より用いられている方法によりＣＮＴを合成した
後、合成されたＣＮＴの先端に適当量の異物質を蒸着す
る。その後、加熱して異物質の溶融温度以上の温度で、
大気下でしばらく保持する方法が挙げられる。
る方法について説明する。一つめの方法としては、上記
従来より用いられている方法によりＣＮＴを合成した
後、合成されたＣＮＴの先端に適当量の異物質を蒸着す
る。その後、加熱して異物質の溶融温度以上の温度で、
大気下でしばらく保持する方法が挙げられる。
【００３４】他の方法としては、還元された金属触媒成
分がＣＮＴの成長とともに内包させる方法が挙げられ
る。異物質が内包されたＣＮＴの詳細な構造は明らかで
はないが、上記により、ＣＮＴの先端は異物質と反応し
て破壊され、先端が開いたＣＮＴが形成され、この開い
た箇所からＣＮＴの中心にある中空の穴の中に、溶融状
態異物質が流れ込んで異物質内包ＣＮＴが形成されるも
のと考えられている。
分がＣＮＴの成長とともに内包させる方法が挙げられ
る。異物質が内包されたＣＮＴの詳細な構造は明らかで
はないが、上記により、ＣＮＴの先端は異物質と反応し
て破壊され、先端が開いたＣＮＴが形成され、この開い
た箇所からＣＮＴの中心にある中空の穴の中に、溶融状
態異物質が流れ込んで異物質内包ＣＮＴが形成されるも
のと考えられている。
【００３５】本発明の気体物質検知方法は、ＮＯ2その
他のＮＯx、ＮＨ3、ＣＯ、ＣＯ2、ＣＨ4等、必要に応じ
て種々のガスに対し適用される。
他のＮＯx、ＮＨ3、ＣＯ、ＣＯ2、ＣＨ4等、必要に応じ
て種々のガスに対し適用される。
【００３６】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について、実
験結果を示して説明するが、本発明は以下の実施例に限
定されるものではない。
験結果を示して説明するが、本発明は以下の実施例に限
定されるものではない。
【００３７】<ＣＮＴの合成方法>ＣＮＴは、単層、多層
ともにアーク放電法により合成した。まず、単層ＣＮＴ
の合成は、以下のようにして行った。炭素棒に穴をあけ
て鉄線を挿入し負電極としベルジャー中に配置した。メ
タンガス２０Ｔｏｒｒ、ヘリウムガス１８０Ｔｏｒｒ、
水素ガス１０Ｔｏｒｒの雰囲気で、所定の放電電圧・放
電電流でアーク放電させることにより、直径１〜２ｎ
ｍ、長さ１０〜５０ｎｍの単層ＣＮＴを得た。次に、多
層ＣＮＴは、以下のようにして合成した。まず、５００
Ｔｏｒｒのヘリウム雰囲気で、陰電極として直径１０ｍ
ｍの炭素棒を使用し、また、陽電極として６ｍｍの炭素
棒を使用して、直流２０Ｖで放電させることにより合成
し、直径５〜１０ｎｍ、長さ１０〜５０ｎｍの多層ＣＮ
Ｔを得た。得られたＣＮＴ粗生成物を超音波粉砕し溶液
中に攪拌した。その後、遠心分離や浮選により非晶質炭
素、グラファイト等を除去し精製した。さらにここへ硝
酸を加えることにより鉄を溶かし、金属触媒及びＣＮＴ
以外の炭素物質を除去することにより単層及び多層ＣＮ
Ｔを精製した。
ともにアーク放電法により合成した。まず、単層ＣＮＴ
の合成は、以下のようにして行った。炭素棒に穴をあけ
て鉄線を挿入し負電極としベルジャー中に配置した。メ
タンガス２０Ｔｏｒｒ、ヘリウムガス１８０Ｔｏｒｒ、
水素ガス１０Ｔｏｒｒの雰囲気で、所定の放電電圧・放
電電流でアーク放電させることにより、直径１〜２ｎ
ｍ、長さ１０〜５０ｎｍの単層ＣＮＴを得た。次に、多
層ＣＮＴは、以下のようにして合成した。まず、５００
Ｔｏｒｒのヘリウム雰囲気で、陰電極として直径１０ｍ
ｍの炭素棒を使用し、また、陽電極として６ｍｍの炭素
棒を使用して、直流２０Ｖで放電させることにより合成
し、直径５〜１０ｎｍ、長さ１０〜５０ｎｍの多層ＣＮ
Ｔを得た。得られたＣＮＴ粗生成物を超音波粉砕し溶液
中に攪拌した。その後、遠心分離や浮選により非晶質炭
素、グラファイト等を除去し精製した。さらにここへ硝
酸を加えることにより鉄を溶かし、金属触媒及びＣＮＴ
以外の炭素物質を除去することにより単層及び多層ＣＮ
Ｔを精製した。
【００３８】<ＣＮＴへの鉄原子の内包>上記により得ら
れた多層ＣＮＴを電子顕微鏡用の指示グリッド基板上に
載せて真空蒸着機の中に置き、電子線蒸着法により鉄を
毎秒５オングストロームの蒸着速度で５０ナノメートル
の膜厚に蒸着した。この状態を透過型電子顕微鏡で観察
すると、ＣＮＴの先端及び側壁に鉄が粒子状に付着して
いるのが観測されたが、ＣＮＴの中には異物質は入って
いなかった。その後、この基板を大気下で加熱炉に入れ
て１６００℃で３０分加熱した。その後、再び透過型電
子顕微鏡で観察し、ＣＮＴ先端から鉄原子がＣＮＴ内に
入って、鉄原子内包ＣＮＴが生成していることを確認し
た。
れた多層ＣＮＴを電子顕微鏡用の指示グリッド基板上に
載せて真空蒸着機の中に置き、電子線蒸着法により鉄を
毎秒５オングストロームの蒸着速度で５０ナノメートル
の膜厚に蒸着した。この状態を透過型電子顕微鏡で観察
すると、ＣＮＴの先端及び側壁に鉄が粒子状に付着して
いるのが観測されたが、ＣＮＴの中には異物質は入って
いなかった。その後、この基板を大気下で加熱炉に入れ
て１６００℃で３０分加熱した。その後、再び透過型電
子顕微鏡で観察し、ＣＮＴ先端から鉄原子がＣＮＴ内に
入って、鉄原子内包ＣＮＴが生成していることを確認し
た。
【００３９】〔実施例１〕２０ｍｍ×２０ｍｍの石英板
上に、上記ＣＮＴの合成方法で得られた多層ＣＮＴのイ
ソプロピルアルコール懸濁液を塗布した後、イソプロピ
ルアルコールを蒸発させた。次に、この上に、正、負櫛
形金電極を、正極及び負極の櫛形部分が、互いに所定距
離をおいて噛合する位置に配置されるよう蒸着した。上
記電極部に、メタン（ＣＨ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、
二酸化窒素（ＮＯ2）の各アルゴン希釈ガス（ガス濃度
はいずれも１００ｐｐｍ）を順次10分間ずつ曝露し、そ
の間に、それぞれのガス雰囲気において電圧を付加し、
電圧値を変化させて抵抗値を測定した。得られた抵抗値
に基づいて、Ｉ／Ｖ曲線（電流値：μＡ/電圧値Ｖ）を
作成し、電流値(μＡ)を記録した。結果を表1に示す。
上に、上記ＣＮＴの合成方法で得られた多層ＣＮＴのイ
ソプロピルアルコール懸濁液を塗布した後、イソプロピ
ルアルコールを蒸発させた。次に、この上に、正、負櫛
形金電極を、正極及び負極の櫛形部分が、互いに所定距
離をおいて噛合する位置に配置されるよう蒸着した。上
記電極部に、メタン（ＣＨ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、
二酸化窒素（ＮＯ2）の各アルゴン希釈ガス（ガス濃度
はいずれも１００ｐｐｍ）を順次10分間ずつ曝露し、そ
の間に、それぞれのガス雰囲気において電圧を付加し、
電圧値を変化させて抵抗値を測定した。得られた抵抗値
に基づいて、Ｉ／Ｖ曲線（電流値：μＡ/電圧値Ｖ）を
作成し、電流値(μＡ)を記録した。結果を表1に示す。
【００４０】〔実施例２〕上記多層ＣＮＴの層内に鉄原
子（Ｆｅ）を内包させた以外は、実施例１と同様の操作
を行い、各ガスについて抵抗値を測定し、電流値を記録
した。結果を表１に示す。
子（Ｆｅ）を内包させた以外は、実施例１と同様の操作
を行い、各ガスについて抵抗値を測定し、電流値を記録
した。結果を表１に示す。
【００４１】〔比較例１〕上記多層ＣＮＴに替えて、単
層ＣＮＴを用いた以外は、実施例１と同様の操作を行
い、各ガスについて抵抗値を測定し、電流値を記録し
た。結果を表１に示す。
層ＣＮＴを用いた以外は、実施例１と同様の操作を行
い、各ガスについて抵抗値を測定し、電流値を記録し
た。結果を表１に示す。
【００４２】〔比較例２〕上記多層ＣＮＴに替えて、不
定形炭素を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行
い、各ガスについて抵抗値を測定し、電流値を記録し
た。結果を表１に示す。
定形炭素を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行
い、各ガスについて抵抗値を測定し、電流値を記録し
た。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】表１の結果より明らかなように、多層ＣＮ
Ｔを用いた場合は、同一濃度のガス雰囲気下で単層ＣＮ
Ｔを用いた場合と比較して、導電性が高く、より高感度
にガス検知が行えることがわかる。また、多層ＣＮＴに
さらに鉄原子が内包されている場合には、さらに検知感
度が向上することがわかる。
Ｔを用いた場合は、同一濃度のガス雰囲気下で単層ＣＮ
Ｔを用いた場合と比較して、導電性が高く、より高感度
にガス検知が行えることがわかる。また、多層ＣＮＴに
さらに鉄原子が内包されている場合には、さらに検知感
度が向上することがわかる。
【００４５】
【発明の効果】請求項１記載の気体物質検知方法は、以
上のように、気体物質存在下にカーボンナノチューブが
示す電気的挙動に基づいて該気体物質を検知する気体物
質検知方法であって、前記カーボンナノチューブとして
多層カーボンナノチューブを用いる構成である。
上のように、気体物質存在下にカーボンナノチューブが
示す電気的挙動に基づいて該気体物質を検知する気体物
質検知方法であって、前記カーボンナノチューブとして
多層カーボンナノチューブを用いる構成である。
【００４６】それゆえ、ＣＮＴが多層化していること
で、結晶化度が高くなるため、単層ＣＮＴでは得られな
い低い表面抵抗を得ることができるので、気体物質の検
知感度を大幅に向上させることができる。また、多層構
造を備えることで、より均一な物性を得ることができる
ので、高い検知感度をより再現性よく得られるという効
果を奏する。
で、結晶化度が高くなるため、単層ＣＮＴでは得られな
い低い表面抵抗を得ることができるので、気体物質の検
知感度を大幅に向上させることができる。また、多層構
造を備えることで、より均一な物性を得ることができる
ので、高い検知感度をより再現性よく得られるという効
果を奏する。
【００４７】請求項２の気体物質検知方法は、以上のよ
うに、前記多層カーボンナノチューブを、対象雰囲気に
対し曝露する工程と、前記曝露に基づく多層カーボンナ
ノチューブの導電性を測定する工程と、を含む構成であ
る。
うに、前記多層カーボンナノチューブを、対象雰囲気に
対し曝露する工程と、前記曝露に基づく多層カーボンナ
ノチューブの導電性を測定する工程と、を含む構成であ
る。
【００４８】それゆえ、多層ＣＮＴを、前記雰囲気中に
気体物質が存在することにより、多層ＣＮＴの導電性が
変化し、この変化値を測定することができるので、気体
物質の検知又は定量を高感度で行うことができる。
気体物質が存在することにより、多層ＣＮＴの導電性が
変化し、この変化値を測定することができるので、気体
物質の検知又は定量を高感度で行うことができる。
【００４９】請求項３記載の気体物質検知方法は、以上
のように、異物質を内包している構成である。
のように、異物質を内包している構成である。
【００５０】請求項４記載の気体物質検知方法は、以上
のように、前記異物質が導電性物質である構成である。
のように、前記異物質が導電性物質である構成である。
【００５１】それゆえ、前記多層化したＣＮＴが前記異
物質を内包していることで、より表面抵抗を低くするこ
とができるので、検知感度をさらに高められるという効
果を奏する。
物質を内包していることで、より表面抵抗を低くするこ
とができるので、検知感度をさらに高められるという効
果を奏する。
【００５２】請求項５記載の気体物質検知方法は、以上
のように、前記異物質が鉄、ニッケル、コバルトのうち
少なくとも一種の金属である構成である。
のように、前記異物質が鉄、ニッケル、コバルトのうち
少なくとも一種の金属である構成である。
【００５３】それゆえ、前記異物質が、より導電性の高
い鉄原子であることで、さらに表面抵抗を軽減させるこ
とができるので、検知感度を大幅に向上させることがで
きるという効果を奏する。
い鉄原子であることで、さらに表面抵抗を軽減させるこ
とができるので、検知感度を大幅に向上させることがで
きるという効果を奏する。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2G046 AA01 AA11 AA13 AA19 BA06
BA09 EA01 EA04 FE00 FE09
FE12 FE25
2G060 AA01 AB08 AB10 AB17 AE19
AF08 AG08 AG10 KA01
Claims (5)
- 【請求項１】 気体物質存在下にカーボンナノチューブ
が示す電気的挙動に基づいて、該気体物質を検知する気
体物質検知方法であって、前記カーボンナノチューブと
して多層カーボンナノチューブを用いることを特徴とす
る気体物質検知方法。 - 【請求項２】 前記多層カーボンナノチューブを、対象
雰囲気に対し曝露する工程と、前記曝露に基づく多層カ
ーボンナノチューブの導電性を測定する工程と、を含む
ことを特徴とする請求項１記載の気体物質検知方法。 - 【請求項３】 前記カーボンナノチューブが、異物質を
内包していることを特徴とする請求項１または２記載の
気体物質検知方法。 - 【請求項４】 前記異物質が導電性物質であることを特
徴とする請求項３記載の気体物質検知方法。 - 【請求項５】 前記異物質が鉄、ニッケル、およびコバ
ルトのうち少なくとも一種の金属であることを特徴とす
る請求項３または４記載の気体物質検知方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002025646A JP2003227806A (ja) | 2002-02-01 | 2002-02-01 | 気体物質検知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002025646A JP2003227806A (ja) | 2002-02-01 | 2002-02-01 | 気体物質検知方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003227806A true JP2003227806A (ja) | 2003-08-15 |
Family
ID=27747735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002025646A Pending JP2003227806A (ja) | 2002-02-01 | 2002-02-01 | 気体物質検知方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003227806A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005073702A1 (ja) * | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Kyushu Tlo Company, Limited | ガス絶縁機器用分解ガスセンサ、絶縁ガス分解検出装置及び分解ガス検出方法 |
| JP2006162431A (ja) * | 2004-12-07 | 2006-06-22 | Osaka Univ | 半導体式ガス検知素子 |
| JP2007505323A (ja) * | 2003-09-12 | 2007-03-08 | ナノミックス・インコーポレーテッド | 二酸化炭素用ナノ電子センサー |
| JP2007186353A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Mie Univ | カーボンナノチューブ表面付着物の処理方法 |
| WO2009041583A1 (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-02 | Nitto Shinko Corporation | ガスセンサー及びガスセンサー製造方法 |
| JP2010038692A (ja) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Osaka Univ | ガス検知素子 |
| JP2010107310A (ja) * | 2008-10-29 | 2010-05-13 | Sharp Corp | 化学物質センシング素子、ならびにこれを備えたガス分析装置および呼気分析装置、ならびに化学物質センシング素子を用いたアセトン濃度検出方法 |
| JP2011169634A (ja) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Fuji Electric Co Ltd | 薄膜ガスセンサ |
| US8124419B2 (en) | 2007-05-04 | 2012-02-28 | Yazaki Corporation | Gas sensor devices comprising organized carbon and non-carbon assembly |
| JP2013539040A (ja) * | 2010-09-30 | 2013-10-17 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | センサー素子、その製造方法、及びそれを含むセンサー装置 |
-
2002
- 2002-02-01 JP JP2002025646A patent/JP2003227806A/ja active Pending
Cited By (13)
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| JP2005214788A (ja) * | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Sangaku Renkei Kiko Kyushu:Kk | ガス絶縁機器用分解ガスセンサ、絶縁ガス分解検出装置及び分解ガス検出方法 |
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| US9341588B2 (en) | 2010-09-30 | 2016-05-17 | 3M Innovative Properties Company | Sensor element, method of making the same, and sensor device including the same |
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