JP2012507037A - 水素センサー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の他の態様に係る新規な水素センサーの製造方法は、弾性基板を用意するステップと、上記弾性基板にα相を有するPdまたはPd合金薄膜を形成するステップと、上記薄膜を所定の濃度の水素含有ガスに露出して、上記α相の薄膜をβ相の薄膜に変化させ、体積の膨張によるナノギャップを上記薄膜に形成するステップと、上記水素含有ガスに対する露出を中止させ、上記β相の薄膜を再びα相の薄膜に変化させるステップと、を含むことを特徴とする。
1.実施例A
先ず、本発明の水素センサーを製造するために弾性基板上に遷移金属またはその合金薄膜を配置する。
横20mm、縦10mm、及び膜厚0.75mmのPDMS基板120上にPdをスパッタにて蒸着させた。このとき、Pd薄膜110は、膜厚7.5nmにし、横15mm、縦10mmの大きさで基板120上に配置した。
Pd薄膜110の膜厚を10nmにして、弾性基板120に形成したことを除いては、上記製造例1と同じ方法にて水素センサー10を製造した。
Pd薄膜110の膜厚を12nmにして、弾性基板120に形成したことを除いては、上記製造例1と同じ方法にて水素センサー10を製造した。
横20mm、縦10mm、及び膜厚0.75mmのPDMS基板120上にPdをスパッタにて蒸着した。このとき、Pd薄膜110は、膜厚を6nmにし、横15mm、縦10mmの大きさで基板120上に配置した。
上記製造例により製造された水素センサーの特性を評価するために、2端子測定方式にて測定が可能なシステム20を製作し、実験に供した。
2.実施例B
上記実施例では、遷移金属またはその合金を用いて水素センサーを製造することについて説明した。本実施例では、遷移金属合金のうちPdxNi1-x合金薄膜を用いて水素センサーを製造することについて具体的に説明する。本実施例は、弾性基板上にPdxNi1-x合金薄膜を形成することを除いては、実施例Aにおける説明と実質的に同一であるので、重複説明は省略することにする。
3.実施例C
上記実施例A、Bでは、弾性基板に引張力を印加して、上記基板に形成された薄膜にナノギャップを形成し、該ナノギャップを用いて水素を検出した。以下の実施例では、引張力の印加ではない他のメカニズムによりナノギャップを形成して水素を検出することを説明する。なお、実施例A、Bと重複する部分についての説明は省略することにする。
横20mm、縦10mm、及び膜厚0.75mmのPDMS基板上にPdをスパッタにて蒸着させた。このとき、得られるα相のPd薄膜は、膜厚をそれぞれ10nm、11nmにし、横15mm、縦10mmの大きさでPDMS基板上に形成した。次いで、上記それぞれのPDMS基板上に形成されたα相のPd薄膜をそれぞれ10%の水素濃度を有する水素含有ガスに露出して、その薄膜をβ相に相変化させた。後続して、上記水素含有ガスへの露出を中止し、その薄膜の相を再びα相に変化させた。
Claims (29)
- 弾性基板の表面に遷移金属またはその合金薄膜を形成するステップと、
前記弾性基板に引張力を印加して、前記基板表面に形成された前記合金薄膜に複数のナノギャップを形成するステップと、
を含み、
前記薄膜への前記ナノギャップは、前記引張力の印加時には前記薄膜が該引張力の印加方向に伸長すると共に該印加方向に対して垂直方向に収縮し、該引張力を解除すると前記薄膜が該印加方向に収縮すると共に該印加方向に対して垂直方向に伸長することにより形成されることを特徴とする水素センサーの製造方法。 - 前記遷移金属は、Pd、Pt、Ni、Ag、Ti、Fe、Zn、Co、Mn、Au、W、In及びAlから選択されることを特徴とする請求項1に記載の水素センサーの製造方法。
- 前記合金は、Pd−Ni、Pt−Pd、Pd−Ag、Pd−Ti、Pd−Fe、Pd−Zn、Pd−Co、Pd−Mn、Pd−Au、Pd−W、Pt−Ni、Pt−Ag、Pt−Ti、Fe−Pt、Pt−Zn、Pt−Co、Pt−Mn、Pt−Au及びPt−Wから選択されることを特徴とする請求項1に記載の水素センサーの製造方法。
- 前記遷移金属はPdであり、前記合金はPd合金であることを特徴とする請求項1に記載の水素センサーの製造方法。
- 前記弾性基板の表面に0.85(x(0.96を満たすPdxNi1-x合金薄膜を形成することを特徴とする請求項1に記載の水素センサーの製造方法。
- 前記弾性基板の表面に0.90(x(0.94を満たすPdxNi1-x合金薄膜を形成することを特徴とする請求項5に記載の水素センサーの製造方法。
- 前記弾性基板は、0.2〜0.8のポアソン比(Poisson's ratio)を有することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の水素センサーの製造方法。
- 前記引張力は、前記弾性基板が1.05ないし1.50倍に伸長するように印加されることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の水素センサーの製造方法。
- 前記弾性基板は、天然ゴム、合成ゴムまたはポリマーで製造することを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の水素センサーの製造方法。
- 前記引張力は、前記弾性基板に対して1回以上繰り返し印加することを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の水素センサーの製造方法。
- 前記引張力は、前記弾性基板に対して1方向以上から印加することを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の水素センサーの製造方法。
- 前記引張力は、第1方向、該第1方向に対して垂直な第2方向、及び前記第1方向及び前記第2方向とは異なる方向をなす第3方向から繰り返し印加することを特徴とする請求項12に記載の水素センサーの製造方法。
- 前記薄膜の膜厚は、約1nmないし約100μmであること特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載の水素センサーの製造方法。
- 前記ナノギャップは、約1nmないし10μmの間隔を隔てて形成されることを特徴とする請求項1ないし13のいずれかに記載の水素センサーの製造方法。
- 前記ナノギャップが形成された前記遷移金属またはその合金薄膜を熱処理するステップを更に含むことを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載の水素センサーの製造方法。
- 前記ナノギャップが形成された前記遷移金属またはその合金薄膜をイオンミリングするステップを更に含むことを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載の水素センサーの製造方法。
- 弾性基板を用意するステップと、
前記弾性基板にα相を有するPdまたはPd合金薄膜を形成するステップと、
前記薄膜を所定の濃度の水素含有ガスに露出して、前記α相の薄膜をβ相の薄膜に変化させ、体積の膨張によるナノギャップを前記薄膜に形成するステップと、
前記水素含有ガスに対する露出を中止させ、前記β相の薄膜を再びα相の薄膜に変化させるステップと、
を含むことを特徴とする水素センサーの製造方法。 - 前記α相に変化された前記薄膜を熱処理するステップを更に含むことを特徴とする請求項17に記載の水素センサーの製造方法。
- 前記α相に変化された前記薄膜をイオンミリングするステップを更に含むことを特徴とする請求項17または18に記載の水素センサーの製造方法。
- 前記水素含有ガスへの露出の際の水素濃度を2〜15%にすることを特徴とする請求項17ないし19のいずれかに記載の水素センサーの製造方法。
- 前記薄膜の膜厚は、約1nmないし約100μmの範囲内にあることを特徴とする請求項17ないし20のいずれかに記載の水素センサーの製造方法。
- 弾性材質の基板と、
前記基板の表面に形成された遷移金属またはその合金の薄膜と、
前記薄膜の両端に形成された電極と、
を含み、
前記薄膜には、前記基板への引張力の印加によって形成された複数のナノギャップが含まれていることを特徴とする水素センサー。 - 前記遷移金属は、Pd、Pt、Ni、Ag、Ti、Fe、Zn、Co、Mn、Au、W、In及びAlから選択されることを特徴とする請求項22に記載の水素センサー。
- 前記合金は、Pd−Ni、Pt−Pd、Pd−Ag、Pd−Ti、Pd−Fe、Pd−Zn、Pd−Co、Pd−Mn、Pd−Au、Pd−W、Pt−Ni、Pt−Ag、Pt−Ti、Fe−Pt、Pt−Zn、Pt−Co、Pt−Mn、Pt−Au及びPt−Wから選択されることを特徴とする請求項22に記載の水素センサー。
- 前記薄膜は、0.85(x(0.96を満たすPdxNi1-x合金薄膜であることを特徴とする請求項24に記載の水素センサー。
- 前記薄膜は、0.90(x(0.94を満たすPdxNi1-x合金薄膜であることを特徴とする請求項25に記載の水素センサー。
- 前記薄膜は、その膜厚が約1nmないし約100μmの範囲内にあることを特徴とする請求項22ないし26のいずれかに記載の水素センサー。
- 前記ナノギャップは、約1nmないし約10μmの間隔を隔てて形成されたことを特徴とする請求項22ないし27に記載の水素センサー。
- 弾性材質の基板と、
前記基板の表面に形成されたPdまたはPd合金の薄膜と、
前記薄膜の両端に形成された電極と、
を含み、
前記薄膜には、請求項17に記載の方法により形成された複数のナノギャップが含まれていることを特徴とする水素センサー。
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