JP2007183282A - 導電性ポリピロール薄膜及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下記工程を含むことを特徴とする電気伝導性高分子薄膜の製造方法であって、ピロールをプラズマ重合させて作製した薄膜に、真空雰囲気下でアルキルベンゼンスルホン酸等からなるドーパントを導入することを特徴とする、高い電気伝導性を有する、高密度で、均質な高分子薄膜の製造方法、該方法により作製される、室温、空気中での導電率が10−6Scm−1以上である導電性薄膜、上記導電性薄膜を構成要素として含む導電性部材、及びVOCガスセンサ等の化学センサ部材。
【選択図】図1
Description
本発明は、エレクトロデバイス材料として使用しうる高品質の導電性薄膜を簡便なプロセスで製造することを可能とする新規導電性高分子薄膜の製造方法、及びその製品、特に、当該技術分野で実用化が強く求められている、シックハウス症候群の原因物質のVOCガスに対する選択的、かつ高感度な応答特性を有する高性能VOCガスセンサ等の化学センサ部材を提供するものとして有用である。
本発明は、溶媒を用いないドライプロセスにより、高い導電性を有する高品質・高安定性の導電性ポリピロール薄膜を効率よく製造する方法、その導電性ポリピロール薄膜、及び当該材料を構成要素として含む導電性部材、更にはVOCガスに対する選択的・かつ高感度な応答特性を有するVOCガスセンサ等の化学センサ部材を提供することを目的とするものである。
(1) 重合膜中にドーパントを導入して導電性高分子薄膜を製造する方法であって、ピロールをプラズマ重合することにより作製した高分子薄膜に、真空雰囲気下でアルキルベンゼンスルホン酸からなるドーパントを導入することを特徴とする導電性高分子薄膜の製造方法。
(2)前記ドーパントが、低級アルキルベンゼンスルホン酸であることを特徴とする前記(1)記載の導電性薄膜の製造方法。
(3)前記ドーパントが、加熱時に分解せず沸点を有するアルキルベンゼンスルホン酸であることを特徴とする前記(1)記載の導電性薄膜の製造方法。
(4)ピロールをプラズマ重合したピロール重合高分子薄膜に、アルキルベンゼンスルホン酸からなるドーパントを導入した導電性高分子薄膜を基材に形成した構成を有し、VOCガスに対して電気抵抗値が低下する応答特性を示す化学センサ部材。
(5)前記ドーパントが、低級アルキルベンゼンスルホン酸であることを特徴とする前記(4)記載の化学センサ部材。
(6)前記ドーパントが、加熱時に分解せず沸点を有するアルキルベンゼンスルホン酸であることを特徴とする前記(4)記載の化学センサ部材。
(7)室温、空気中での導電率が10−6Scm−1以上であることを特徴とする前記(4)記載の化学センサ部材。
(8)導電性薄膜の膜厚が、0.1〜5μmであることを特徴とする前記(4)記載の化学センサ部材。
(9)センサが、VOCガスセンサであることを特徴とする前記(4)から(8)のいずれかに記載の化学センサ部材。
(10)VOCガスの中でアルデヒド類に対して選択的な応答特性を有することを特徴とする前記(9)記載の化学センサ部材。
本発明は、上述のように、重合膜中にドーパントを導入して導電性高分子薄膜を製造する方法であって、ピロールをプラズマ重合することにより作製した高分子薄膜に、真空雰囲気下でアルキルベンゼンスルホン酸からなるドーパントを導入することにより導電性高分子薄膜を製造することを特徴とするものである。本発明において、導電性高分子薄膜を製造するに当たっての原料モノマーとしては、ピロールが用いられる。これは、複素五員環化合物であり、化学式C4NH5で表される。
(1)本発明の電気伝導性高分子薄膜の製造方法によれば、緻密で、かつ膜厚の均一性に優れた高分子薄膜を得ることができる。
(2)得られる高分子薄膜は、適切にドーピングされており、その高い電気伝導度により、エレクトロニクスデバイス材料として利用することができる。
(3)特に、本発明の方法により得られる電気伝導性高分子薄膜は、ドライプロセスにより簡便に製造できるので、集積化が可能となり、化学センサとして、各種の用途に好適に用いることができる。
(4)上記導電性高分子薄膜を構成要素として含む導電性部材、及びVOCガスセンサ等の化学センサ部材を提供することができる。
13.56MHzの高周波を用いる誘導結合方式のプラズマ処理装置を使用して、真空排気した上部の直径9cm、下部の直径21cm、高さ35cmの反応容器内に、精密バルブを通して、窒素ガスをキャリヤガスとして、ピロール蒸気を供給した。基板としては、室温に冷却したパイレックス(登録商標)ガラスを用いた。そこに、放電出力110Wでプラズマを発生させ、2時間反応を行った。その結果、膜厚1μmの重合膜が得られた。
これを、内径12mmのH型のパイレックス(登録商標)ガラス管中にエチルベンゼンスルホン酸と共に真空封入した。この際、重合膜とエチルベンゼンスルホン酸は、直接接触しないように、H型ガラス管の両サイドに別々に入れ、それぞれの上部を封管した。これを、電気炉中で、150℃、24時間熱処理した。この熱処理では、昇温速度は2℃/分、保持温度は150℃、処理時間(保持時間)は24時間とした。処理後、過剰なエチルベンゼンスルホン酸を取り除くため、重合膜をアセトンで洗浄し、空気中、70℃、30分間乾燥した。得られた高分子膜の室温、空気中での電気伝導度は、4.8×10−4Scm−1であり、従来、報告されているヨウ素をドーピングした薄膜と比べて、実に、約10000倍程度の高い導電性を示した。
得られた導電性ポリピロール膜の表面に、検出電極として、金薄膜櫛形電極をスパッタリング法により形成し、センサ素子とした。このセンサ素子の水素、一酸化炭素、二酸化炭素、及びメタンガスに対するセンサ特性を、各ガスに曝した時の電気抵抗値の変化で評価した。用いたガスの濃度は、すべて3%(空気希釈)とし、測定温度は、室温及び100℃とした。測定は、清浄空気(1分)、サンプルガス(3分)、清浄空気(16分)を順次流して、これらの合計20分を1サイクルとして行った。その結果、導電性ポリピロールセンサは、これらのガスに対して応答しなかった。一方、アセトアルデヒドに対する当該センサの抵抗値の変化を図2に示す。
Claims (10)
- 重合膜中にドーパントを導入して導電性高分子薄膜を製造する方法であって、ピロールをプラズマ重合することにより作製した高分子薄膜に、真空雰囲気下でアルキルベンゼンスルホン酸からなるドーパントを導入することを特徴とする導電性高分子薄膜の製造方法。
- 前記ドーパントが、低級アルキルベンゼンスルホン酸であることを特徴とする請求項1記載の導電性薄膜の製造方法。
- 前記ドーパントが、加熱時に分解せず沸点を有するアルキルベンゼンスルホン酸であることを特徴とする請求項1記載の導電性薄膜の製造方法。
- ピロールをプラズマ重合したピロール重合高分子薄膜に、アルキルベンゼンスルホン酸からなるドーパントを導入した導電性高分子薄膜を基材に形成した構成を有し、VOCガスに対して電気抵抗値が低下する応答特性を示す化学センサ部材。
- 前記ドーパントが、低級アルキルベンゼンスルホン酸であることを特徴とする請求項4記載の化学センサ部材。
- 前記ドーパントが、加熱時に分解せず沸点を有するアルキルベンゼンスルホン酸であることを特徴とする請求項4記載の化学センサ部材。
- 室温、空気中での導電率が10−6Scm−1以上であることを特徴とする請求項4記載の化学センサ部材。
- 導電性薄膜の膜厚が、0.1〜5μmであることを特徴とする請求項4記載の化学センサ部材。
- センサが、VOCガスセンサであることを特徴とする請求項4から8のいずれかに記載の化学センサ部材。
- VOCガスの中でアルデヒド類に対して選択的な応答特性を有することを特徴とする請求項9記載の化学センサ部材。
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