JP4899230B2 - Gas sensor material, manufacturing method thereof, and gas sensor - Google Patents

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Description

本発明は、有機無機ハイブリッド材料、ガスセンサ材料、その製造方法及びガスセンサに関するものであり、更に詳しくは、特定の有機無機ハイブリッド材料を化学センサ素子として用いたことを特徴とするガスセンサであって、抵抗値の変化によりガスを検知する作用を有し、長期安定性に優れ、100℃以下の温度において、ホルムアルデヒドよりアセトアルデヒドに対して強く応答する特性を有する新規ガスセンサ材料、その製造方法及びガスセンサに関するものである。   The present invention relates to an organic-inorganic hybrid material, a gas sensor material, a method for producing the same, and a gas sensor. More specifically, the present invention relates to a gas sensor using a specific organic-inorganic hybrid material as a chemical sensor element. It relates to a novel gas sensor material that has an effect of detecting gas by a change in value, has excellent long-term stability, and has a characteristic of responding more strongly to acetaldehyde than formaldehyde at a temperature of 100 ° C. or less, its manufacturing method, and gas sensor is there.

本発明は、有機化合物と無機化合物をナノレベルで複合化した高機能性有機無機ハイブリッド材料を用いたガスセンサの技術分野において、従来の有機無機ハイブリッド材料では、揮発性有機化合物(VOC)の一種であるアルデヒド系のガスに対して選択的に応答するものの、何れもアセトアルデヒドよりホルムアルデヒドに対して強く応答するため、このガスセンサのみではホルムアルデヒドとアセトアルデヒドの識別が難しいという問題があることを踏まえて開発されたものである。   In the technical field of a gas sensor using a highly functional organic / inorganic hybrid material in which an organic compound and an inorganic compound are combined at a nano level, the present invention is a kind of volatile organic compound (VOC). Although it responds selectively to a certain aldehyde-based gas, both of them respond more strongly to formaldehyde than acetaldehyde, so it was developed based on the problem that it is difficult to distinguish formaldehyde from acetaldehyde with this gas sensor alone. Is.

本発明は、有機化合物と無機化合物を複合化した高機能性有機無機ハイブリッド材料において、ポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体を有機化合物として使用することで、ホルムアルデヒドよりアセトアルデヒドに対して強く応答する有機無機ハイブリッド材料からなる化学センサ素子を作製し、提供することを可能とするものである。   In the highly functional organic / inorganic hybrid material in which an organic compound and an inorganic compound are combined, the present invention uses polynaphthylamine or a derivative thereof, or polyaminoanthracene or a derivative thereof as an organic compound to form acetaldehyde from formaldehyde. It is possible to produce and provide a chemical sensor element made of an organic-inorganic hybrid material that responds strongly.

即ち、本発明は、例えば、有機化合物として、ポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体を主成分とする化合物と、無機化合物として、酸化モリブデンを主成分とする化合物をナノレベルで複合化した導電性有機無機ハイブリッド材料、該材料からなる化学センサ素子に関する新技術・新製品を提供するものである。更に、本発明は、本発明の有機無機ハイブリッド材料と従来の有機無機ハイブリッド材料によるガスセンサを同時利用することで、ホルムアルデヒドガスとアセトアルデヒドガスそれぞれの濃度の判定を可能とする技術を提供するものである。   That is, the present invention, for example, combines a compound mainly composed of polynaphthylamine or a derivative thereof or polyaminoanthracene or a derivative thereof as an organic compound and a compound composed mainly of molybdenum oxide as an inorganic compound at a nano level. The present invention provides new technologies and new products related to a conductive organic-inorganic hybrid material and a chemical sensor element made of the material. Furthermore, the present invention provides a technique that enables determination of the concentrations of formaldehyde gas and acetaldehyde gas by simultaneously using the gas sensor using the organic-inorganic hybrid material of the present invention and the conventional organic-inorganic hybrid material. .

近年、住宅の高気密化や化学物質を放散する建材・内装等の利用で生じるVOCによる汚染が原因とされるシックハウス症候群と呼ばれる健康被害が問題視されており、室内のVOC濃度をモニタリングするための化学センサの開発が期待されている。VOCの成分は多岐に渡っており、それぞれの成分によって有害性、許容濃度が異なることから、VOCを常時モニタリングするための化学センサとしては、それぞれの成分を特定して検出するガス選択性が求められている。   In recent years, the health hazard called sick house syndrome caused by VOC pollution caused by high airtightness of houses and the use of building materials and interiors that dissipate chemical substances has been regarded as a problem. To monitor indoor VOC concentration Development of chemical sensors is expected. VOC components vary widely, and the toxicity and permissible concentration differ depending on each component. Therefore, chemical sensors for constantly monitoring VOCs require gas selectivity that identifies and detects each component. It has been.

従来から利用されているVOCガス濃度の測定法としては、主に、検知管法による分析、ガスクロマトグラフィーによる分析が挙げられる。しかし、検知管法による分析は、瞬時の測定が可能である反面、色の変化を目視によって判定する測定法の性質上、正確な濃度の判定が難しいだけでなく、一回の使用で消耗するため、経済的に効率が悪い。また、ガスクロマトグラフィーによる分析は、精密な濃度の測定が可能である反面、分析機器の性質上、瞬時の測定は不可能であり、分析機器自体も高価である。   Conventionally used methods for measuring the VOC gas concentration include analysis by a detector tube method and analysis by gas chromatography. However, analysis by the detector tube method allows instantaneous measurement, but due to the nature of the measurement method that visually determines color changes, it is not only difficult to determine the exact concentration, but it is also consumed by a single use. Therefore, it is economically inefficient. In addition, the analysis by gas chromatography can measure a precise concentration, but due to the nature of the analytical instrument, instantaneous measurement is impossible and the analytical instrument itself is expensive.

これらのことから、何れの手法も、VOC濃度の常時モニタリング可能なデバイスとしての普及には適さない。その他、金属酸化物によるn型半導体による化学センサも従来から利用されているが、これは、VOC濃度の常時モニタリングに適する抵抗値の変化によりガスを検知する手法であるものの、その性質上、ガス選択性を寄与させることが難しい。以上の観点から、新規材料による化学センサの開発が検討されてきた。   For these reasons, none of the methods is suitable for spreading as a device capable of constantly monitoring the VOC concentration. In addition, a chemical sensor using an n-type semiconductor made of a metal oxide has been used in the past. This is a technique for detecting a gas by changing a resistance value suitable for constant monitoring of the VOC concentration. It is difficult to contribute selectivity. From the above viewpoint, development of chemical sensors using new materials has been studied.

有機無機ハイブリッド材料による化学センサは、有機化合物と無機化合物をナノレベルで複合化することにより、エレクトロデバイス材料への応用に必要な信号変換機能とガス選択性に必要な分子認識機能を、それぞれ層状無機化合物とその層間の有機化合物に分担させることで、高いガス選択性を有した新しい化学センサ材料への応用に有効であることが報告されている。   Chemical sensors based on organic / inorganic hybrid materials combine layered organic and inorganic compounds at the nano level to provide signal conversion functions required for application to electrodevice materials and molecular recognition functions required for gas selectivity. It has been reported that it is effective for application to a new chemical sensor material having high gas selectivity by sharing an inorganic compound and an organic compound between the inorganic compound and the organic compound.

具体的な事例として、層状構造を持つ酸化モリブデン(MoO)を主成分とし、酸化モリブデン層間に有機化合物を挿入したインターカレーション型有機無機ハイブリッド材料において、当該材料が、ベンゼン、トルエンに対してほとんど応答しないのに対し、アルデヒド、アルコール、塩素系のガスに対して選択的に応答する優れたガス選択性を有する化学センサ素子の提案がなされている(特許文献1、特許文献2、非特許文献1)。 As a specific example, in an intercalation type organic-inorganic hybrid material in which molybdenum oxide (MoO 3 ) having a layered structure is a main component and an organic compound is inserted between molybdenum oxide layers, the material is less than benzene and toluene. A chemical sensor element having excellent gas selectivity that selectively responds to aldehyde, alcohol, and chlorine-based gases while hardly responding has been proposed (Patent Document 1, Patent Document 2, Non-Patent Document). Reference 1).

また、上記ハイブリッド材料の素子化への応用のための薄膜化技術(特許文献3、非特許文献2)、有機無機ハイブリッド材料による薄膜を安価なシリコン基板上へ作製する技術(特許文献4)、が報告されている。更に、上記有機無機ハイブリッド材料による薄膜の、粒子のナノサイズ化、多孔質化技術によるセンサ感度の向上(特許文献5)を実現することで、50ppm以下の濃度領域ではアルデヒド系ガスに対して選択的に応答することを見出している。   In addition, a thinning technique for applying the hybrid material to an element (Patent Document 3, Non-Patent Document 2), a technique for producing a thin film made of an organic-inorganic hybrid material on an inexpensive silicon substrate (Patent Document 4), Has been reported. Furthermore, by realizing the nano-size of the thin film using the organic / inorganic hybrid material and improving the sensor sensitivity by using the porous technology (Patent Document 5), it is selected for aldehyde gas in the concentration range of 50 ppm or less. To respond responsively.

酸化モリブデンと有機化合物による有機無機ハイブリッド材料は、アルデヒド系のガスに対する新規化学センサ材料としての応用が期待されている。しかしながら、上記の有機無機ハイブリッド材料は、何れもホルムアルデヒドとアセトアルデヒドを共に検出し、かつ、アセトアルデヒドよりホルムアルデヒドに強く応答するものであり、当技術分野では、ホルムアルデヒドとアセトアルデヒドそれぞれの濃度を判定するためにホルムアルデヒドよりアセトアルデヒドに強く応答する有機無機ハイブリッド材料の開発が急務の課題となっている。   Organic-inorganic hybrid materials using molybdenum oxide and organic compounds are expected to be used as new chemical sensor materials for aldehyde-based gases. However, each of the above organic-inorganic hybrid materials detects both formaldehyde and acetaldehyde and responds more strongly to formaldehyde than acetaldehyde. In this technical field, formaldehyde and acetaldehyde are determined in order to determine the respective concentrations of formaldehyde and acetaldehyde. The development of organic-inorganic hybrid materials that respond more strongly to acetaldehyde has become an urgent issue.

特開2004−271482号公報JP 2004-271482 A 特開2005−321326号公報JP-A-2005-321326 特開2005−179115号公報JP-A-2005-179115 特開2006−315933号公報JP 2006-315933 A 特開2005−321327号公報JP 2005-321327 A Bull.Chem.Soc.Jpn.,Vol.77,1231(2004)Bull. Chem. Soc. Jpn. , Vol. 77, 1231 (2004) Chem.Mater.,Vol.17,349(2005)Chem. Mater. , Vol. 17, 349 (2005)

このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、ホルムアルデヒドよりアセトアルデヒドに強く応答する有機無機ハイブリッド材料による、抵抗値の変化によりガスを検知する化学センサを開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、酸化モリブデンの層間に、ポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体を主成分とする化合物を挿入した有機無機ハイブリッド材料では、ホルムアルデヒドよりアセトアルデヒドに強く応答することを見出し、更に研究を重ねて、本発明を完成するに至った。   Under such circumstances, the present inventors have developed a chemical sensor that detects a gas by a change in resistance value using an organic-inorganic hybrid material that responds more strongly to acetaldehyde than formaldehyde, in view of the above-described conventional technology. As a result of earnest research as a target, organic-inorganic hybrid materials in which polynaphthylamine or a derivative thereof, or a compound mainly composed of polyaminoanthracene or a derivative thereof is inserted between molybdenum oxide layers respond more strongly to acetaldehyde than formaldehyde. As a result, the present invention was completed through further research.

本発明は、ホルムアルデヒドよりアセトアルデヒドに強く応答する導電性の有機無機ハイブリッド材料による化学センサを製造することを可能とする導電性有機無機ハイブリッド材料、化学センサ素子、導電性材料、それらの製造方法、及びその製品、特に、導電性部材、高感度化学センサ部材をそれぞれ提供することを目的とするものである。   The present invention relates to a conductive organic-inorganic hybrid material, a chemical sensor element, a conductive material, a manufacturing method thereof, and a method for manufacturing a chemical sensor using a conductive organic-inorganic hybrid material that responds more strongly to acetaldehyde than formaldehyde, and An object of the present invention is to provide a product, particularly a conductive member and a highly sensitive chemical sensor member.

上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
(1)層状構造を持つ無機化合物の層間に有機高分子が挿入された有機無機ハイブリッド材料であって、該層状構造を持つ無機化合物が酸化モリブデンを主成分とし、有機高分子がポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体を主成分とすることを特徴とする有機無機ハイブリッド材料。
(2)ポリナフチルアミン誘導体が、ポリ(5,6,7,8−テトラヒドロ−1−ナフチルアミン)である、前記(1)に記載の材料。
(3)層状構造を持つ無機化合物の層間に有機高分子が挿入された有機無機ハイブリッド材料による成型体からなる、前記(1)に記載の材料。
(4)薄膜、配向膜、厚膜、又はペレット成型体からなる、前記(3)に記載の材料。
(5)前記(1)から(4)のいずれかに記載の有機無機ハイブリッド材料からなるガスセンサ材料であって、抵抗値の変化により、ホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知する特性を有することを特徴とするガスセンサ材料。
(6)前記(1)から(4)のいずれかに記載の有機無機ハイブリッド材料からなることを特徴とする導電性材料。
(7)層状構造を持つ無機化合物の層間に有機高分子を挿入して、抵抗値の変化により、ホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知する特性を有する有機無機ハイブリッド材料からなるガスセンサ材料を作製する方法であって、該層状構造を持つ無機化合物として酸化モリブデンを主成分とする化合物を、また、有機高分子としてポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体を用いることを特徴とするガスセンサ材料の製造方法。
(8)層状構造を持つ無機化合物の層間に、有機高分子を挿入して有機無機ハイブリッド材料からなる導電性材料を作製する方法であって、該層状構造を持つ無機化合物として酸化モリブデンを主成分とする化合物を、また、有機高分子としてポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体を用いることを特徴とする導電性材料の製造方法。
(9)有機無機ハイブリッド材料を成型して、成型体とする、前記(7)又は(8)に記載のガスセンサ材料又は導電性材料の製造方法。
(10)有機無機ハイブリッド材料を成型して、薄膜、配向膜、厚膜、又はペレットとする、前記(9)に記載のガスセンサ材料又は導電性材料の製造方法。
(11)前記(6)に記載の導電性材料を構成要素として含むことを特徴とする導電性部材。
(12)前記(5)に記載のガスセンサ材料からなるセンサ素子を含むことを特徴とする化学センサ部材。
The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) An organic-inorganic hybrid material in which an organic polymer is inserted between layers of an inorganic compound having a layered structure, wherein the inorganic compound having the layered structure is mainly composed of molybdenum oxide, and the organic polymer is polynaphthylamine or its An organic-inorganic hybrid material comprising a derivative, or polyaminoanthracene or a derivative thereof as a main component.
(2) The material according to (1), wherein the polynaphthylamine derivative is poly (5,6,7,8-tetrahydro-1-naphthylamine).
(3) The material according to (1), comprising a molded body of an organic-inorganic hybrid material in which an organic polymer is inserted between layers of an inorganic compound having a layered structure.
(4) The material according to (3), comprising a thin film, an alignment film, a thick film, or a pellet molded body.
(5) A gas sensor material comprising the organic-inorganic hybrid material according to any one of (1) to (4), wherein the gas sensor material has a characteristic of preferentially detecting acetaldehyde gas over formaldehyde gas due to a change in resistance value. Gas sensor material characterized by
(6) A conductive material comprising the organic-inorganic hybrid material according to any one of (1) to (4).
(7) An organic polymer is inserted between layers of an inorganic compound having a layered structure, and a gas sensor material made of an organic-inorganic hybrid material having the property of preferentially detecting acetaldehyde gas over formaldehyde gas by changing the resistance value. A compound comprising molybdenum oxide as a main component as the inorganic compound having the layered structure, and polynaphthylamine or a derivative thereof, or polyaminoanthracene or a derivative thereof as the organic polymer. Manufacturing method of gas sensor material.
(8) A method for producing a conductive material made of an organic-inorganic hybrid material by inserting an organic polymer between layers of an inorganic compound having a layered structure, wherein molybdenum oxide is the main component as the inorganic compound having the layered structure. And polynaphthylamine or a derivative thereof, or polyaminoanthracene or a derivative thereof as an organic polymer, and a method for producing a conductive material.
(9) The method for producing a gas sensor material or a conductive material according to (7) or (8) above, wherein an organic-inorganic hybrid material is molded into a molded body.
(10) The method for producing a gas sensor material or a conductive material according to (9), wherein the organic-inorganic hybrid material is molded into a thin film, an alignment film, a thick film, or a pellet.
(11) A conductive member comprising the conductive material according to (6) as a constituent element.
(12) A chemical sensor member comprising a sensor element made of the gas sensor material according to (5).

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、層状構造を持つ無機化合物の層間に有機高分子が挿入された有機無機ハイブリッド材料をガスセンサ材料として使用することで、その抵抗値の変化により、ホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知する特性を有するガスセンサ材料としたこと、に特徴を有するものである。本発明では、層状構造を持つ無機化合物と、有機高分子を適切に組み合わせることで、ホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知するガスセンサ材料とすることが可能となる。
Next, the present invention will be described in more detail.
The present invention uses an organic-inorganic hybrid material in which an organic polymer is inserted between layers of an inorganic compound having a layered structure as a gas sensor material, so that acetaldehyde gas is preferentially detected over formaldehyde gas due to changes in its resistance value. The gas sensor material has the characteristics of: In the present invention, it is possible to obtain a gas sensor material that preferentially detects acetaldehyde gas over formaldehyde gas by appropriately combining an inorganic compound having a layered structure and an organic polymer.

また、本発明では、上記層状構造を持つ無機化合物として、酸化モリブデンを主成分とする化合物が使用されるが、これによって、有機無機ハイブリッド材料に信号変換機能を持たせることが可能となる。また、本発明では、上記有機高分子として、ポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体を主成分とする分子が使用されるが、これによって、有機無機ハイブリッド材料が分子認識機能を有し、かつ、ホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知する機能を与えることが出来る。   In the present invention, a compound containing molybdenum oxide as a main component is used as the inorganic compound having the above layered structure. This makes it possible to impart a signal conversion function to the organic-inorganic hybrid material. In the present invention, as the organic polymer, polynaphthylamine or a derivative thereof, or a molecule mainly composed of polyaminoanthracene or a derivative thereof is used. By this, the organic-inorganic hybrid material has a molecular recognition function. In addition, a function of preferentially detecting acetaldehyde gas over formaldehyde gas can be provided.

本発明では、上記有機高分子のポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体として、例えば、ポリナフチルアミン誘導体であるポリ(5,6,7,8−テトラヒドロ−1−ナフチルアミン)(以下、この物質をPTHNAと記載することがある。)を主成分とする有機高分子が例示されるが、これらに制限されるものではなく、ポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体であれば同様に使用することが出来る。   In the present invention, for example, poly (5,6,7,8-tetrahydro-1-naphthylamine) (hereinafter referred to as polynaphthylamine derivative) (hereinafter referred to as polynaphthylamine derivative) or polyaminoanthracene or derivative thereof. This substance may be referred to as PTHNA.), But is not limited to these, and may be polynaphthylamine or a derivative thereof, or polyaminoanthracene or a derivative thereof. Can be used similarly.

また、本発明では、例えば、層状構造を持つ無機化合物の層間に有機高分子が挿入された有機無機ハイブリッド材料は、薄膜、配向膜、厚膜、ペレット等の成型体として用いられる。本発明においては、上記無機化合物と、有機高分子を組み合わせることで、ホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知するガスセンサ材料とすることが可能となるが、例えば、高配向薄膜とすることで、エレクトロデバイス材料への応用、ガスセンサ材料としての高感度化が実現される。本発明では、上記成形体の形状及び構造は任意に設計することが出来る。   In the present invention, for example, an organic-inorganic hybrid material in which an organic polymer is inserted between layers of an inorganic compound having a layered structure is used as a molded body such as a thin film, an alignment film, a thick film, and a pellet. In the present invention, by combining the inorganic compound and the organic polymer, it becomes possible to provide a gas sensor material that preferentially detects acetaldehyde gas over formaldehyde gas. Application to electro device materials and high sensitivity as gas sensor materials are realized. In the present invention, the shape and structure of the molded body can be arbitrarily designed.

また、本発明では、高配向の有機無機ハイブリッド材料による薄膜について、層状構造を持つ無機化合物を酸化モリブデンとすることによって、高配向の有機無機ハイブリッド材料による薄膜による高感度の信号変換機能を付与することが可能となる。また、本発明では、上記高配向の有機無機ハイブリッド材料による薄膜について、有機高分子をポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体とすることによって、高配向の有機無機ハイブリッド材料による薄膜に分子認識機能を与え、かつ、ホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知する機能を与えることが可能となる。   Also, in the present invention, a highly sensitive signal conversion function is provided by a thin film made of a highly oriented organic-inorganic hybrid material by using molybdenum oxide as the inorganic compound having a layered structure for the thin film made of a highly oriented organic-inorganic hybrid material. It becomes possible. In the present invention, the thin film made of the highly oriented organic-inorganic hybrid material is changed to a thin film made of the highly oriented organic-inorganic hybrid material by using polynaphthylamine or a derivative thereof, or polyaminoanthracene or a derivative thereof as the organic polymer. It is possible to provide a molecular recognition function and a function of preferentially detecting acetaldehyde gas over formaldehyde gas.

また、本発明では、層状構造を持つ無機化合物の層間に有機高分子を挿入して有機無機ハイブリッド材料とすることで、抵抗値の変化により、ホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知する特性を有するガスセンサ材料の製造方法を構築することが出来る。これにより、有機無機ハイブリッド材料によるホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知するガスセンサ材料の作製が可能となる。   In addition, in the present invention, an organic polymer is inserted between layers of an inorganic compound having a layered structure to form an organic-inorganic hybrid material, so that the property of detecting acetaldehyde gas preferentially over formaldehyde gas due to a change in resistance value. The manufacturing method of the gas sensor material which has can be constructed | assembled. This makes it possible to produce a gas sensor material that preferentially detects acetaldehyde gas over formaldehyde gas from an organic-inorganic hybrid material.

また、本発明では、層状構造を持つ無機化合物の層間に有機高分子を挿入して高配向の有機無機ハイブリッド材料とすることで、抵抗値の変化により、ホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知する特性を有するガスセンサ材料の製造方法を構築することが出来る。これにより、基板上に高配向した薄膜とした有機無機ハイブリッド材料によるホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知するガスセンサ材料の作製及び高機能化が可能となる。   In the present invention, an organic polymer is inserted between layers of an inorganic compound having a layered structure to form a highly oriented organic-inorganic hybrid material, so that acetaldehyde gas is preferentially detected over formaldehyde gas due to a change in resistance value. Thus, it is possible to construct a method for producing a gas sensor material having the following characteristics. This makes it possible to produce a gas sensor material that preferentially detects acetaldehyde gas over a formaldehyde gas made of an organic-inorganic hybrid material made into a highly oriented thin film on the substrate and to have a higher function.

また、本発明では、上記の有機無機ハイブリッド材料を構成要素とする導電性部材を構築することが出来、有機無機ハイブリッド材料の抵抗値の変化をモニタリングすることにより、ガス成分を検出する化学センサ素子とすることが可能となる。更に、本発明では、上記の有機無機ハイブリッド材料をセンサ素子とする化学センサ部材(ガスセンサ)を構築することが出来、センサ材料を電極と接続することで、抵抗値変化のモニタリングが可能となり、化学センサ素子として機能させることが出来る。   Moreover, in this invention, the chemical sensor element which can construct | assemble the electroconductive member which uses said organic-inorganic hybrid material as a component, and detects a gas component by monitoring the change of the resistance value of an organic-inorganic hybrid material. It becomes possible. Furthermore, in the present invention, a chemical sensor member (gas sensor) using the above organic-inorganic hybrid material as a sensor element can be constructed. By connecting the sensor material to an electrode, it is possible to monitor a change in resistance value. It can function as a sensor element.

本発明は、上述の通り、ナノサイズの層状構造を持つ酸化モリブデンの層間に、好適には、例えば、PTHNAを挿入することにより、抵抗値の変化によりガスを検知する化学センサとして、ホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスに対して優先的に検知する特性と機能を有する導電性有機無機ハイブリッド材料を製造し、提供することを可能とするものである。   As described above, the present invention preferably employs formaldehyde gas as a chemical sensor for detecting gas based on a change in resistance value, for example, by inserting PTHNA between layers of molybdenum oxide having a nano-sized layered structure. It is possible to manufacture and provide a conductive organic-inorganic hybrid material having characteristics and functions that are preferentially detected with respect to acetaldehyde gas.

導電性有機無機ハイブリッド材料によるVOC濃度測定の化学センサのメカニズムは、次の通りである。有機無機ハイブリッド材料の導電性は、有機化合物と無機化合物の電荷移動により生じる。この有機無機ハイブリッド材料において、VOCガスが有機無機ハイブリッド材料の層間に侵入し、有機化合物と作用することにより電荷移動のバランスが変化することで、有機無機ハイブリッド材料の抵抗値が変動する。即ち、導電性有機無機ハイブリッド材料による化学センサのガス選択性は、層間の有機化合物が寄与している。   The mechanism of a chemical sensor for measuring VOC concentration using a conductive organic-inorganic hybrid material is as follows. The conductivity of the organic-inorganic hybrid material is caused by charge transfer between the organic compound and the inorganic compound. In this organic-inorganic hybrid material, the resistance value of the organic-inorganic hybrid material fluctuates because the VOC gas penetrates between layers of the organic-inorganic hybrid material and interacts with the organic compound to change the balance of charge transfer. That is, the organic compound between the layers contributes to the gas selectivity of the chemical sensor using the conductive organic-inorganic hybrid material.

導電性有機無機ハイブリッド材料による化学センサとしては、その形状を、好適には、例えば、薄膜、配向膜、厚膜、ペレット等に成型して利用することが挙げられるが、これらに制限されるものではなく、これらと同効あるいは類似のものであれば、同様に使用することが出来る。エレクトロデバイス材料への応用、ガスセンサ材料としての高感度化の観点では、電極を有した基板上に高配向した薄膜として作製されることが望ましい。   As a chemical sensor using a conductive organic-inorganic hybrid material, the shape can be preferably used by molding it into a thin film, an alignment film, a thick film, a pellet, etc., but is not limited thereto. However, if they have the same or similar effects, they can be used in the same way. From the viewpoint of application to an electro device material and high sensitivity as a gas sensor material, it is desirable to produce a highly oriented thin film on a substrate having electrodes.

本発明における、化学センサとしてホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスに対して優先的に検知する化学センサ材料は、好適には、例えば、酸化モリブデンとポリナフチルアミン誘導体であるPTHNAによる導電性有機無機ハイブリッド材料(以下、この物質を(PTHNA)MoOと記載する。)である。 In the present invention, the chemical sensor material that preferentially detects acetaldehyde gas over formaldehyde gas as the chemical sensor is preferably, for example, a conductive organic-inorganic hybrid material (hereinafter, referred to as PTHNA) that is molybdenum oxide and a polynaphthylamine derivative. This material is referred to as (PTHNA) x MoO 3 ).

図1に、(PTHNA)MoOによる層状有機無機ハイブリッド材料の結晶構造の模式図を示す。従来の酸化モリブデンを主成分とした有機無機ハイブリッド材料がアセトアルデヒドよりホルムアルデヒドに対して優先的に検知するのに対し、(PTHNA)MoOがホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスに対して優先的に検知する化学センサ材料であるのは、ポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体を有機化合物として用いたことで実現されたものである。 In FIG. 1, the schematic diagram of the crystal structure of the layered organic inorganic hybrid material by (PTHNA) x MoO 3 is shown. The conventional organic-inorganic hybrid material based on molybdenum oxide preferentially detects formaldehyde over acetaldehyde, whereas (PTHNA) x MoO 3 preferentially detects acetaldehyde gas over formaldehyde gas. The sensor material is realized by using polynaphthylamine or a derivative thereof, or polyaminoanthracene or a derivative thereof as an organic compound.

PTHNAは、1−ナフチルアミンの5,6,7,8位に水素をもう一つ有するナフチルアミン誘導体である5,6,7,8−テトラヒドロ−1−ナフチルアミンの重合体である。PTHNAについては、環を2つ有する構造であるため、環を1つ有する単量体が重合した有機高分子と比べて立体的に嵩高くなることから、層状無機化合物層間に挿入したハイブリッド体の層間距離は、環を1つ有する単量体が重合した有機高分子と層状無機化合物とのハイブリッド体より増加する。   PTHNA is a polymer of 5,6,7,8-tetrahydro-1-naphthylamine, which is a naphthylamine derivative having another hydrogen at positions 5,6,7,8 of 1-naphthylamine. Since PTHNA has a structure having two rings, a monomer having one ring is sterically bulky compared to an organic polymer obtained by polymerization, and therefore, a hybrid body inserted between layered inorganic compound layers is used. The interlayer distance is increased as compared with a hybrid of an organic polymer obtained by polymerizing a monomer having one ring and a layered inorganic compound.

その結果、ポリナフチルアミン誘導体と層状無機化合物とのハイブリッド体は、環を1つ有する単量体が重合した有機高分子と層状無機化合物とのハイブリッド体と比べて電荷移動のバランスが変化するだけでなく、各種VOCガス成分に対する親和性も変化することから、化学センサとしての応答が異なる。   As a result, the hybrid of the polynaphthylamine derivative and the layered inorganic compound only changes the balance of charge transfer compared to the hybrid of the organic polymer polymerized with a monomer having one ring and the layered inorganic compound. Since the affinity for various VOC gas components also changes, the response as a chemical sensor is different.

PTHNAと酸化モリブデンのハイブリッドの合成は、2段階の反応により行う。1段階目で、酸化モリブデン層間に水和ナトリウムイオンが挿入された[Na(HO)MoOを合成する。アルゴンガスでバブリングした蒸留水にモリブデン酸(VI)二ナトリウム・二水和物及び次亜硫酸ナトリウムを加え、溶解した後、予め金による櫛形電極を有する基板上に薄膜化した酸化モリブデンを浸漬させ反応させる。浸漬時間は、好ましくは20〜30秒程度である。洗浄、乾燥により[Na(HO)MoOを得る。 The synthesis of a hybrid of PTHNA and molybdenum oxide is performed by a two-step reaction. In the first stage, [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 in which hydrated sodium ions are inserted between molybdenum oxide layers is synthesized. Dissolved molybdenum oxide (VI) disodium dihydrate and sodium hyposulfite in distilled water bubbled with argon gas, dissolved, and then immersed in a thin film of molybdenum oxide on a substrate having a comb-shaped electrode made of gold. Let The immersion time is preferably about 20 to 30 seconds. [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 is obtained by washing and drying.

次に、2段階目で、[Na(HO)MoOの層間に存在する水和ナトリウムイオン(Na(HO) )とイオン交換することで、PTHNAを層間に挿入する。アルゴンガス又は窒素ガスでバブリングした蒸留水にポリナフチルアミン又はその誘導体の単量体と濃塩酸を加え、更に、重合開始剤として過硫酸アンモニウムを加えて重合させ、PTHNAとする。重合時間は10分〜5時間、好ましくは2〜3時間程度である。その後、[Na(HO)MoOを浸漬し、水和ナトリウムイオンとPTHNAのイオン交換反応を行う。浸漬時間は、好ましくは20〜30秒程度である。洗浄、乾燥により(PTHNA)MoOを得る。 Next, in the second stage, PTHNA is exchanged between the layers by ion exchange with hydrated sodium ions (Na (H 2 O) 2 + ) existing between the layers of [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3. insert. A monomer of polynaphthylamine or a derivative thereof and concentrated hydrochloric acid are added to distilled water bubbled with argon gas or nitrogen gas, and ammonium persulfate is added as a polymerization initiator for polymerization to obtain PTHNA. The polymerization time is about 10 minutes to 5 hours, preferably about 2 to 3 hours. Thereafter, [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 is immersed, and an ion exchange reaction between hydrated sodium ions and PTHNA is performed. The immersion time is preferably about 20 to 30 seconds. (PTHNA) x MoO 3 is obtained by washing and drying.

次いで、得られた(PTHNA)MoOの化学センサ特性を評価した。櫛形電極を用いて抵抗値をモニタリングし、指定の濃度のVOCガス雰囲気下とすることで変化する電荷移動のバランスで生じる抵抗値変化をセンサとしての応答とした。従来の有機無機ハイブリッド材料は、何れもアセトアルデヒドよりホルムアルデヒドに強く応答するものであった。しかしながら、本発明の化学センサは、ホルムアルデヒドよりアセトアルデヒドに強く応答し、かつ、アセトアルデヒドに対する応答がホルムアルデヒドに対する応答の約5.8倍という高い選択性を有するものも見られた。 Next, the chemical sensor characteristics of the obtained (PTHNA) x MoO 3 were evaluated. The resistance value was monitored using a comb-shaped electrode, and a change in the resistance value caused by the balance of charge transfer that was changed when the atmosphere was in a VOC gas atmosphere having a specified concentration was used as a sensor response. All of the conventional organic-inorganic hybrid materials responded more strongly to formaldehyde than acetaldehyde. However, the chemical sensor of the present invention was found to respond more strongly to acetaldehyde than formaldehyde and to have a high selectivity that the response to acetaldehyde was about 5.8 times the response to formaldehyde.

本発明では、上記有機無機ハイブリッド材料によるホルムアルデヒドよりアセトアルデヒドに強く応答するガスセンサ材料は、その抵抗値の変化をモニタリングすることにより、ガス成分を検出する化学センサ素子として好適に使用される。このガスセンサ材料を適宜の電極と接続することで、抵抗値の変化のモニタリングが可能となり、化学センサ素子として機能させることが可能となる。   In the present invention, the gas sensor material that responds more strongly to acetaldehyde than formaldehyde by the organic-inorganic hybrid material is preferably used as a chemical sensor element for detecting a gas component by monitoring the change in resistance value. By connecting this gas sensor material to an appropriate electrode, it is possible to monitor a change in resistance value and to function as a chemical sensor element.

本発明により、次のような効果が奏される。
(1)有機無機ハイブリッド材料からなるガスセンサ材料で、ホルムアルデヒドよりアセトアルデヒドに対して強く応答する新規ガスセンサ材料を得ることが出来る。
(2)該有機無機ハイブリッド材料と、従来のアセトアルデヒドよりホルムアルデヒドに対して強く応答する有機無機ハイブリッド材料を同時利用することにより、双方の抵抗値変化をモニタリングすることで、ホルムアルデヒドとアセトアルデヒドの濃度を判定することが可能な新しい化学センサデバイスを提供することが出来る。
(3)それにより、ホルムアルデヒドとアセトアルデヒドの濃度を判定する安価な化学センサデバイスを提供することが出来る。
(4)本発明の化学センサデバイスを用いることにより、ホルムアルデヒドとアセトアルデヒドの濃度の常時モニタリングが可能となる。
The present invention has the following effects.
(1) It is possible to obtain a novel gas sensor material which is a gas sensor material made of an organic-inorganic hybrid material and which responds more strongly to acetaldehyde than formaldehyde.
(2) By simultaneously using the organic-inorganic hybrid material and an organic-inorganic hybrid material that responds more strongly to formaldehyde than conventional acetaldehyde, the concentration of formaldehyde and acetaldehyde can be determined by monitoring changes in both resistance values. It is possible to provide a new chemical sensor device that can be used.
(3) Thereby, an inexpensive chemical sensor device for determining the concentrations of formaldehyde and acetaldehyde can be provided.
(4) By using the chemical sensor device of the present invention, it is possible to constantly monitor the concentrations of formaldehyde and acetaldehyde.

次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら制限されるものではない。   Next, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(1)シリコン(Si)基板へのランタンアルミネート(LaAlO)バッファー層の塗布
20mm四方の熱酸化膜付Si基板に、85mmol/LのLaAlO前駆体キシレン溶液を滴下し、500rpmで10秒の条件に続き、3000rpmで30秒の条件でスピンコートした。その後、90℃で約30分間乾燥させ、次いで、1000℃で30分焼成した。以上の工程を経て、熱酸化膜付Si基板に、酸化モリブデンと結晶格子定数の近いLaAlOバッファー層を塗布した。
(1) Application of a lanthanum aluminate (LaAlO 3 ) buffer layer to a silicon (Si) substrate A 85 mmol / L LaAlO 3 precursor xylene solution was dropped onto a 20 mm square Si oxide-coated Si substrate, and 500 seconds at 500 rpm. Then, spin coating was performed at 3000 rpm for 30 seconds. Then, it was dried at 90 ° C. for about 30 minutes, and then baked at 1000 ° C. for 30 minutes. Through the above steps, a LaAlO 3 buffer layer having a crystal lattice constant close to that of molybdenum oxide was applied to a Si substrate with a thermal oxide film.

(2)酸化モリブデン(MoO)薄膜の作製
MoO薄膜は、CVD法にて作製した。基板は、LaAlOバッファー層を塗布したSi基板上に、電極幅20μm、電極間距離20μmを有した10mm四方内の金櫛形電極を蒸着したものを用いた。基板は、加熱用ヒーターを持つ試料ホルダーに設置した。ソース室から試料室にかけて酸素ガス50mL/minを流して系内を置換し、試料ホルダーを500℃に、試料室を455℃に、ソース室を40℃に加熱した。
(2) Production of Molybdenum Oxide (MoO 3 ) Thin Film A MoO 3 thin film was produced by a CVD method. The substrate used was a gold substrate in which a 10 mm square gold electrode having an electrode width of 20 μm and a distance between electrodes of 20 μm was vapor-deposited on a Si substrate coated with a LaAlO 3 buffer layer. The substrate was placed in a sample holder with a heater for heating. The system was replaced by flowing 50 mL / min of oxygen gas from the source chamber to the sample chamber, and the sample holder was heated to 500 ° C., the sample chamber to 455 ° C., and the source chamber to 40 ° C.

温度が安定した後、モリブデンヘキサカルボニル(Mo(CO))0.35gを入れた石英ガラスボートを、ソース室に設置し、真空ポンプにより系内を110Paに減圧した。減圧下で、Mo(CO)が揮発し、MoOが成長した。15分間成膜を行った後、真空ポンプを止めて、系全体を大気圧に戻し、成膜を終了した。図2に、得られたMoO薄膜のCuKα線で測定したX線回折パターンを示す。観測される回折ピークは、基板からのピークと金櫛形電極のピークを除けば、層状構造のMoOの(0k0)に帰属しており、MoO薄膜が基板に対してb軸配向していることを確認した。 After the temperature was stabilized, a quartz glass boat containing 0.35 g of molybdenum hexacarbonyl (Mo (CO) 6 ) was placed in the source chamber, and the system was depressurized to 110 Pa by a vacuum pump. Under reduced pressure, Mo (CO) 6 volatilized and MoO 3 grew. After film formation for 15 minutes, the vacuum pump was stopped, the entire system was returned to atmospheric pressure, and film formation was completed. FIG. 2 shows an X-ray diffraction pattern measured with CuKα rays of the obtained MoO 3 thin film. The observed diffraction peak is attributed to (0k0) of the layered MoO 3 except for the peak from the substrate and the peak of the gold comb electrode, and the MoO 3 thin film is b-axis oriented with respect to the substrate. It was confirmed.

(3)[Na(HO)MoO薄膜の作製
蒸留水15mLをフラスコ内で攪拌しながら、25分間アルゴンガスでバブリングした後、モリブデン酸(VI)二ナトリウム・二水和物(NaMoO・2HO:6g)を加えて溶解させ、次いで、次亜硫酸ナトリウム(Na:0.4g)を加えた。これを溶解した後、攪拌とアルゴンガスのバブリングを止め、MoO薄膜を20秒間浸漬させた。モリブデンの一部が還元されることで、薄膜が淡青色から青色へ変化した。
(3) Preparation of [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film After stirring 15 mL of distilled water in a flask and bubbling with argon gas for 25 minutes, molybdate (VI) disodium dihydrate (Na 2 MoO 4 .2H 2 O: 6 g) was added and dissolved, and then sodium hyposulfite (Na 2 S 2 O 4 : 0.4 g) was added. After dissolving this, stirring and bubbling of argon gas were stopped, and the MoO 3 thin film was immersed for 20 seconds. The thin film changed from light blue to blue by reducing some of the molybdenum.

その後、薄膜を蒸留水で洗浄し、空気中にて30分間90℃で乾燥させた。図3に、得られた薄膜のCuKα線で測定したX線回折パターンを示す。観測される回折ピークは、基板からのピークと金櫛形電極のピークを除けば、層状構造の[Na(HO)MoOの(0k0)に帰属している。層間距離は、MoOの層間距離6.9Åより2.5Å増加した9.4Åである。この層間距離の増加は、水和ナトリウムイオン(Na(HO))が層間にインターカレートしたときの増加に相当することから、[Na(HO)MoO薄膜が生成したことが確認出来た。 Thereafter, the thin film was washed with distilled water and dried in air at 90 ° C. for 30 minutes. FIG. 3 shows an X-ray diffraction pattern measured with CuKα rays of the obtained thin film. The observed diffraction peak is attributed to (0k0) of the layered structure [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 except for the peak from the substrate and the peak of the gold comb electrode. The interlayer distance is 9.4 mm, which is 2.5 mm larger than the interlayer distance 6.9 mm of MoO 3 . This increase in interlayer distance corresponds to an increase when hydrated sodium ions (Na (H 2 O) 2 ) are intercalated between the layers, so that the [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film It was confirmed that it was generated.

(4)(PTHNA)MoO薄膜の作製
蒸留水5mLに濃塩酸0.5mLを加えた水溶液に、5,6,7,8−テトラヒドロ−1−ナフチルアミン(0.254mL,1.82mmol)を加え、窒素ガスでバブリングを行いながら攪拌した。更に、重合開始剤として、過硫酸アンモニウム((NH:17mg)を含む0.5mLの水溶液を加え、引き続き、窒素ガスでバブリングを行いながら、160分間攪拌した。その後、バブリングと攪拌を止め、孔径0.5μm、直径25mmの親水性PTFEメンブレンフィルターを用いて吸引濾過を行い、得られたPTHNA水溶液に、上記の[Na(HO)MoO薄膜を30秒浸漬した後、蒸留水で洗浄し、空気中にて30分間90℃で乾燥させることで、(PTHNA)MoO薄膜を得た。
(4) Preparation of (PTHNA) x MoO 3 thin film 5,6,7,8-tetrahydro-1-naphthylamine (0.254 mL, 1.82 mmol) was added to an aqueous solution obtained by adding 0.5 mL of concentrated hydrochloric acid to 5 mL of distilled water. In addition, stirring was performed while bubbling with nitrogen gas. Further, 0.5 mL of an aqueous solution containing ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 : 17 mg) was added as a polymerization initiator, and the mixture was stirred for 160 minutes while bubbling with nitrogen gas. Thereafter, bubbling and stirring were stopped, and suction filtration was performed using a hydrophilic PTFE membrane filter having a pore diameter of 0.5 μm and a diameter of 25 mm. The obtained PTHNA aqueous solution was subjected to the above [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3. After immersing the thin film for 30 seconds, it was washed with distilled water and dried in air for 30 minutes at 90 ° C. to obtain a (PTHNA) x MoO 3 thin film.

図4に、(PTHNA)MoOのCuKα線で測定したX線回折パターンを示す。観測される回折ピークは、基板からのピークと金櫛形電極のピークを除けば、層状構造の(PTHNA)MoOの(0k0)に帰属している。層間距離は、[Na(HO)MoOの層間距離9.4Åより4.9Å増加した14.3Åである。この層間距離の増加は、PTHNAが層間にインターカレートしたときの増加に相当することから、(PTHNA)MoO薄膜が生成したことが確認出来た。 FIG. 4 shows an X-ray diffraction pattern measured with CuKα rays of (PTHNA) x MoO 3 . The observed diffraction peak is attributed to (0k0) of (PTHNA) x MoO 3 having a layered structure except for the peak from the substrate and the peak of the gold comb electrode. The interlayer distance is 14.3 mm, which is increased by 4.9 mm from the interlayer distance of [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 9.4 mm. This increase in interlayer distance corresponds to an increase when PTHNA intercalates between the layers, so that it was confirmed that a (PTHNA) x MoO 3 thin film was formed.

(5)電気的特性及びセンサ特性の評価
(PTHNA)MoO薄膜による化学センサのホルムアルデヒド及びアセトアルデヒドガスに対するセンサ特性を電気抵抗値の変化で評価した。測定は、金櫛形電極を試料室の電気抵抗測定器と接続し、試料室に清浄窒素を200mL/minで流しながら100℃に加熱し、温度が安定した後、サンプルガスとして、対象VOCガス0.4ppmを含んだ窒素ガスを20分流し、その後、再び清浄窒素を流した。
(5) Evaluation of electrical characteristics and sensor characteristics (PTHNA) x MoO 3 The chemical characteristics of a chemical sensor with respect to formaldehyde and acetaldehyde gas were evaluated by changes in electrical resistance values. The measurement is performed by connecting the gold comb electrode to the electrical resistance measuring instrument in the sample chamber, heating to 100 ° C. while flowing clean nitrogen in the sample chamber at 200 mL / min, and stabilizing the temperature. Nitrogen gas containing 4 ppm was flowed for 20 minutes, and then clean nitrogen was flowed again.

VOCガスに対するセンサ感度は、対象VOCガス0.4ppmを含んだ窒素ガスを導入する直前の電気抵抗値で規格化した電気抵抗値とした。図5に、0.4ppmのホルムアルデヒド、0.4ppmのアセトアルデヒドに対するセンサ特性の測定結果を示す。図5より、(PTHNA)MoO薄膜による化学センサは、アセトアルデヒドに対する感度がホルムアルデヒドに対する感度の約5.8倍であることが示された。有機化合物として、ポリアミノアントラセン又はその誘導体を主成分とした場合にも略同様の結果が得られた。 The sensor sensitivity with respect to the VOC gas was an electric resistance value normalized by an electric resistance value immediately before introducing nitrogen gas containing 0.4 ppm of the target VOC gas. FIG. 5 shows measurement results of sensor characteristics with respect to 0.4 ppm formaldehyde and 0.4 ppm acetaldehyde. FIG. 5 shows that the chemical sensor using the (PTHNA) x MoO 3 thin film has a sensitivity to acetaldehyde of about 5.8 times that of formaldehyde. A substantially similar result was obtained when polyaminoanthracene or a derivative thereof was the main component as the organic compound.

以上詳述したように、本発明は、ガスセンサ材料、その製造方法及びガスセンサに係るものであり、本発明により、有機無機ハイブリッド材料からなるガスセンサ材料において、ホルムアルデヒドよりアセトアルデヒドに対して強く応答する新規ガスセンサ材料を得ることが出来る。該有機無機ハイブリッド材料と、従来のアセトアルデヒドよりホルムアルデヒドに対して強く応答する有機無機ハイブリッド材料を同時利用すること、それにより、双方の抵抗値の変化をモニタリングすることで、ホルムアルデヒドとアセトアルデヒドの濃度を判定することが可能な新しい化学センサデバイスを提供することが出来る。   As described above in detail, the present invention relates to a gas sensor material, a manufacturing method thereof, and a gas sensor. According to the present invention, a novel gas sensor that responds more strongly to acetaldehyde than formaldehyde in a gas sensor material made of an organic-inorganic hybrid material. The material can be obtained. Simultaneously use the organic-inorganic hybrid material and organic-inorganic hybrid material that responds more strongly to formaldehyde than conventional acetaldehyde, thereby monitoring the change in resistance value of both, thereby determining the concentration of formaldehyde and acetaldehyde It is possible to provide a new chemical sensor device that can be used.

(PTHNA)MoOの結晶構造の模式図を示す図である。It shows a schematic diagram of a crystal structure of (PTHNA) x MoO 3. 実施例に示すMoO薄膜のX線回折パターンを示す図である。Is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of the MoO 3 film shown in Examples. 実施例に示す[Na(HO)MoO薄膜のX線回折パターンを示す図である。Is a diagram showing a [Na (H 2 O) 2 ] x MoO 3 thin film X-ray diffraction pattern shown in the Examples. 実施例に示す(PTHNA)MoO薄膜のX線回折パターンを示す図である。Is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of (PTHNA) x MoO 3 film shown in Examples. 実施例に示す(PTHNA)MoO薄膜による化学センサの0.4ppmのホルムアルデヒドと0.4ppmのアセトアルデヒドに対するセンサ特性を示す図である。It is a diagram showing the sensor characteristics with respect to formaldehyde and 0.4ppm acetaldehyde of 0.4ppm chemical sensor according to (PTHNA) x MoO 3 film shown in Examples.

符号の説明Explanation of symbols

(図1の符号)
1 酸化モリブデン層
2 ポリ(5,6,7,8−テトラヒドロ−1−ナフチルアミン)(PTHNA)層
(Reference in FIG. 1)
1 Molybdenum oxide layer 2 Poly (5,6,7,8-tetrahydro-1-naphthylamine) (PTHNA) layer

Claims (12)

層状構造を持つ無機化合物の層間に有機高分子が挿入された有機無機ハイブリッド材料であって、該層状構造を持つ無機化合物が酸化モリブデンを主成分とし、有機高分子がポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体を主成分とすることを特徴とする有機無機ハイブリッド材料。   An organic-inorganic hybrid material in which an organic polymer is inserted between layers of an inorganic compound having a layered structure, wherein the inorganic compound having the layered structure is mainly composed of molybdenum oxide, and the organic polymer is polynaphthylamine or a derivative thereof, or An organic-inorganic hybrid material comprising, as a main component, polyaminoanthracene or a derivative thereof. ポリナフチルアミン誘導体が、ポリ(5,6,7,8−テトラヒドロ−1−ナフチルアミン)である、請求項1に記載の材料。   The material according to claim 1, wherein the polynaphthylamine derivative is poly (5,6,7,8-tetrahydro-1-naphthylamine). 層状構造を持つ無機化合物の層間に有機高分子が挿入された有機無機ハイブリッド材料による成型体からなる、請求項1に記載の材料。   The material according to claim 1, comprising a molded body of an organic-inorganic hybrid material in which an organic polymer is inserted between layers of an inorganic compound having a layered structure. 薄膜、配向膜、厚膜、又はペレット成型体からなる、請求項3に記載の材料。   The material according to claim 3, comprising a thin film, an alignment film, a thick film, or a pellet molded body. 請求項1から4のいずれかに記載の有機無機ハイブリッド材料からなるガスセンサ材料であって、抵抗値の変化により、ホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知する特性を有することを特徴とするガスセンサ材料。   A gas sensor material comprising the organic-inorganic hybrid material according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas sensor material has a property of detecting acetaldehyde gas preferentially over formaldehyde gas by a change in resistance value. . 請求項1から4のいずれかに記載の有機無機ハイブリッド材料からなることを特徴とする導電性材料。   A conductive material comprising the organic-inorganic hybrid material according to claim 1. 層状構造を持つ無機化合物の層間に有機高分子を挿入して、抵抗値の変化により、ホルムアルデヒドガスよりアセトアルデヒドガスを優先的に検知する特性を有する有機無機ハイブリッド材料からなるガスセンサ材料を作製する方法であって、該層状構造を持つ無機化合物として酸化モリブデンを主成分とする化合物を、また、有機高分子としてポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体を用いることを特徴とするガスセンサ材料の製造方法。   In this method, an organic polymer is inserted between layers of an inorganic compound having a layered structure, and a gas sensor material made of an organic-inorganic hybrid material having a property of detecting acetaldehyde gas preferentially over formaldehyde gas by changing the resistance value. A gas sensor material comprising: a compound mainly composed of molybdenum oxide as the inorganic compound having a layered structure; and polynaphthylamine or a derivative thereof, or polyaminoanthracene or a derivative thereof as the organic polymer. Production method. 層状構造を持つ無機化合物の層間に、有機高分子を挿入して有機無機ハイブリッド材料からなる導電性材料を作製する方法であって、該層状構造を持つ無機化合物として酸化モリブデンを主成分とする化合物を、また、有機高分子としてポリナフチルアミン又はその誘導体、或いは、ポリアミノアントラセン又はその誘導体を用いることを特徴とする導電性材料の製造方法。   A method for producing a conductive material comprising an organic-inorganic hybrid material by inserting an organic polymer between layers of an inorganic compound having a layered structure, wherein the compound is composed mainly of molybdenum oxide as the inorganic compound having the layered structure And polynaphthylamine or a derivative thereof, or polyaminoanthracene or a derivative thereof as an organic polymer. 有機無機ハイブリッド材料を成型して、成型体とする、請求項7又は8に記載のガスセンサ材料又は導電性材料の製造方法。   The method for producing a gas sensor material or a conductive material according to claim 7 or 8, wherein the organic-inorganic hybrid material is molded into a molded body. 有機無機ハイブリッド材料を成型して、薄膜、配向膜、厚膜、又はペレットとする、請求項9に記載のガスセンサ材料又は導電性材料の製造方法。   The method for producing a gas sensor material or a conductive material according to claim 9, wherein the organic-inorganic hybrid material is molded into a thin film, an alignment film, a thick film, or a pellet. 請求項6に記載の導電性材料を構成要素として含むことを特徴とする導電性部材。   A conductive member comprising the conductive material according to claim 6 as a constituent element. 請求項5に記載のガスセンサ材料からなるセンサ素子を含むことを特徴とする化学センサ部材。   A chemical sensor member comprising a sensor element made of the gas sensor material according to claim 5.
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