JP4599593B2 - マグネシウム・パラジウム合金薄膜を用いた水素センサ - Google Patents
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(1)基材の上にマグネシウム・パラジウム合金薄膜を有する水素センサ材料であって、1)マグネシウム・パラジウム合金薄膜の厚さが10〜200nmである、2)マグネシウム・パラジウム合金の組成が、MgPdx(0.05≦x≦0.3)である、3)基材の上、又は上記合金薄膜の上に触媒層が形成されている、4)室温付近(0−60℃付近)で水素と反応して電気抵抗及び光学的性質が変化する特性を有する、ことを特徴とする水素センサ材料。
(2)上記触媒層の上に保護層が形成されている、前記(1)に記載の材料。
(3)水素を透過する基材の上に触媒層が形成され、その上にマグネシウム・パラジウム合金薄膜が形成されている、前記(1)に記載の材料。
(4)上記合金薄膜の上に触媒層として1〜100nmのパラジウムもしくは白金がコートされている、前記(1)に記載の材料。
(5)上記保護層が、酸素及び水非透過性の材料からなる、前記(2)に記載の材料。
(6)前記(1)から(5)のいずれかに記載の水素センサ材料を使用し、該水素センサ材料の電気抵抗変化を検知して水素を検知することを特徴とする水素の検知方法。
(7)前記(1)から(5)のいずれかに記載の水素センサ材料を使用し、該水素センサ材料の光学的変化により水素を検知することを特徴とする水素の検知方法。
本発明の水素センサ材料は、基材の上にマグネシウム・パラジウム合金薄膜を有する水素センサ材料であって、マグネシウム・パラジウム合金薄膜の厚さが10〜200nmであること、マグネシウム・パラジウム合金の組成が、MgPdx(0.05≦x≦0.3)であること、基材の上、又は上記合金薄膜の上に触媒層が形成されていること、室温付近(0−60℃付近)で水素と反応して電気抵抗及び光学的性質が変化する特性を有すること、を特徴とするものである。本発明では、任意の構成として、上記触媒層の上に保護層を形成することができ、また、水素を透過する基材の上に触媒層を形成し、その上にマグネシウム・パラジウム合金薄膜を形成することができる。
(1)室温で作動し、しかも安価に製造できる新しいMg−Pd合金系水素センサ材料及び水素センサ部材を提供することができる。
(2)本発明による水素センサ材料は、基板の種類を選ばず、様々な種類のものに蒸着することができるため、応用的にも、従来の水素の濃度測定だけでなく、材料の色の変化による水素検知等に用いることができる。
(3)今後、水素は、ますます広く用いられるようになり、水素センサの需要も急速に高まることが予想されるが、本発明で示されるような、常温で作動し、しかも、安価に製造できる水素センサは、実用化可能な水素センサを普及、発展させる上で高い技術的意義を有する。
図2に、水素センサの特性の評価に用いた水素センサの構造の概略図を示す。25×15mmのガラス基板の両端に予め銀の電極を蒸着しておき、その中心部をブリッジする位置にPd/Mg−Pd薄膜を実施例1に示した方法で蒸着した。マグネシウムとパラジウムの合金組成は、マグネシウムとパラジウムのターゲットにかけるパワー比を変えることで調整し、MgPdx(0.1≦x≦0.2)の膜を作製した。膜厚は、いずれも、Pdキャップ層の厚さが約4nm、Mg−Pd層の厚さが約20nmであった。
試料の水素ガスに対する検知特性は、この試料の上にもう1枚のガラスをスペーサーを挟んで置き、その間の空間にマスフローコントローラーで流量を制御したガスを流しながら、銀電極間の電気抵抗を測定することで評価した。導入するガスとしては、アルゴンで4%に希釈した水素ガスと乾燥空気を用いた。測定はすべて常温(25℃)で行った。
図3は、感応層がMgPd0.1の組成になるように成膜したPd/MgPd0.1薄膜の水素の検知特性を示したものである。上下の二つのグラフは同じものを時間スケールを変えてプロットしたものであり、t=0で水素ガスを導入し、t=70sで乾燥空気を導入している。水素を含んだ雰囲気に接すると、試料の電気抵抗が増加している。これは、キャップ層であるパラジウムの触媒作用で水素分子が原子状に分解され、下のマグネシウム・パラジウム層に入り込み水素化物を形成するためと考えられる。
Claims (7)
- 基材の上にマグネシウム・パラジウム合金薄膜を有する水素センサ材料であって、(1)マグネシウム・パラジウム合金薄膜の厚さが10〜200nmである、(2)マグネシウム・パラジウム合金の組成が、MgPdx(0.05≦x≦0.3)である、(3)基材の上、又は上記合金薄膜の上に触媒層が形成されている、(4)室温付近(0−60℃付近)で水素と反応して電気抵抗及び光学的性質が変化する特性を有する、ことを特徴とする水素センサ材料。
- 上記触媒層の上に保護層が形成されている、請求項1に記載の材料。
- 水素を透過する基材の上に触媒層が形成され、その上にマグネシウム・パラジウム合金薄膜が形成されている、請求項1に記載の材料。
- 上記合金薄膜の上に触媒層として1〜100nmのパラジウムもしくは白金がコートされている、請求項1に記載の材料。
- 上記保護層が、酸素及び水非透過性の材料からなる、請求項2に記載の材料。
- 請求項1から5のいずれかに記載の水素センサ材料を使用し、該水素センサ材料の電気抵抗変化を検知して水素を検知することを特徴とする水素の検知方法。
- 請求項1から5のいずれかに記載の水素センサ材料を使用し、該水素センサ材料の光学的変化により水素を検知することを特徴とする水素の検知方法。
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