JP5150533B2 - 水素センサ - Google Patents
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Description
本発明では、前記撥水性保護膜がフッ素系ポリマーからなり、前記撥水層がフッ素系パウダーからなることを特徴としている。
本発明では、前記触媒膜の表面に形成されて前記触媒膜の酸化を防止する酸化防止膜を有することを特徴としている。
本発明では、前記薄膜がマグネシウム・ニッケル合金、マグネシウム・チタン合金、マグネシウム・ニオブ合金、マグネシウム・マンガン合金、マグネシウム・コバルト合金若しくはマグネシウムで形成され、前記触媒膜がパラジウムもしくは白金を有して形成されたものであることを特徴としている。
本発明では、前記基板側保護膜がシリコン系化合物であることを特徴としている。
本発明では、前記酸化防止膜の厚さが1nm〜200nmであることを特徴としている。
本発明によれば、撥水性保護膜上に、撥水層が形成されるため、雰囲気中の水分が撥水性保護膜に達することを防ぐことができ、仮に雰囲気中の水分が撥水性保護膜に達したとしても、撥水性保護膜が水分を阻止するから、触媒膜による酸素の吸収をさらに抑制することができる。こうして撥水層と撥水性保護膜は、撥水作用を有さない酸化防止膜よりも効果的に水分の吸収を防ぎ、また撥水性保護膜が触媒膜による酸素の吸収を阻止するから、該水素センサは、酸化防止膜のみで触媒膜を保護する場合よりも、効果的に水分および酸素等の吸収を防ぐことができ、また薄い撥水性保護膜を用いて水素検知感度低下を少なくできる。
本発明によれば、薄膜がマグネシウム・ニッケル合金、マグネシウム・チタン合金、マグネシウム・ニオブ合金、マグネシウム・マンガン合金、マグネシウム・コバルト合金若しくはマグネシウムで形成され、触媒膜がパラジウムもしくは白金を有して形成されるので、水素検出感度が高く、かつ水素ガスに触れると触媒膜の作用で薄膜を迅速かつ可逆的に水素化することができる。
本発明によれば、撥水性保護膜および撥水層の双方またはいずれか一方を有する水素センサにおいて酸化防止膜を設けるときには、撥水層等における撥水作用で触媒膜の酸化が防止できるから、水素検知感度向上のために酸化防止膜を薄くすることができる(例えば1nm〜200nm)。
(実施例1の変形例)
図1(b)に示す水素センサ10a’は、水素センサ10aの基板11と薄膜12との間に、さらに基板側保護膜16を設けたものである。この基板側保護膜16は、水分、酸素等の通過を阻止するためのもので例えば二酸化珪素からなり、スパッタリング法、真空蒸着法、メッキ法等で形成される。基板側保護膜16の厚さは、基板11の吸湿性(水分や酸素等を吸収する度合い)等に応じて適宜設定すればよく、基板側保護膜16についは、水素の通過性を考慮する必要はない。かかる基板側保護膜16を設けた水素センサ10a’は、基板11が吸収等した水分等が薄膜12に浸透することを防ぐから、耐久性がさらに向上する。なお基板11を、吸湿性が高いアクリル樹脂またはポリエチレンシート等で形成した場合には、基板側保護膜16を設けることが望ましい。
(実施例2の変形例)
図3に示す水素センサ10b’は、水素センサ10bの基板11と薄膜12との間に、実施例1の変形例と同様に基板側保護膜16を設けたものであり、耐久性をさらに向上することができる。
(実施例3の変形例)
図4(b)に示す水素センサ10c’は、水素センサ10cにおいて酸化防止膜17の表面17aに形成される撥水性保護膜14を、撥水層15に替えたものである。水素センサ10c’では、雰囲気中の水分は、撥水性を有する撥水層15で阻止され、もし撥水層15を通過しても、酸化防止膜17で阻止されるから、触媒膜13に殆ど到達できない。もちろん撥水層15を通過した酸素は、酸化防止膜17で阻止される。このように酸化防止膜17に加え撥水層15を設けて、水分阻止能力に優れた水素センサ10cは、酸化防止膜17を薄くすることができるから、水素検知感度の低下を防ぎつつ優れた耐久性を実現することができる。
(撥水層、撥水性保護膜、酸化防止膜および基板側保護膜の効果について)
次に撥水層、撥水性保護膜、酸化防止膜および基板側保護膜による耐久性向上の例を図5のグラフを用いて説明する。このグラフは、室内(常温・1気圧)における水素センサの耐久試験の結果を示すものであり、縦軸は水素センサの透過率変化を示し、横軸は耐久試験開始時からの経過日数を示すものである。ここで透過率変化とは、水素センサを最初に大気にさらした(耐久試験開始時)直後において、所定濃度の水素ガスに触れた水素センサの透過率変化を、基準(100%)とするものである。例えば耐久試験開始直後に水素センサが所定濃度の水素ガスに触れて、透過率が2%から37%に変化したときには、透過率の変化分は37−2=35%となる。この透過率変化分35%を100%にノーマライズしたものが透過率変化である。かかる場合において、透過率の変化が80%のときには、透過率の変化分は35%に0.8を乗じた28%である。
10b、10b’ 水素センサ
10c、10c’、10c” 水素センサ
11 基板
11a 基板の表面
12 薄膜
12a 薄膜の表面
13 触媒膜
13a 触媒膜の表面
14 撥水性保護膜
14a 撥水性保護膜の表面
15 撥水層
16 基板側保護膜
16a 基板側保護膜の表面
17 酸化防止膜
17a 酸化防止膜の表面
Claims (8)
- 基板と、前記基板上に形成された薄膜と、前記薄膜の表面に形成され雰囲気中に含まれる水素ガスに触れると前記薄膜を水素化して前記薄膜の光学的反射率を変化させる触媒膜を有する水素センサにおいて、
前記触媒膜上に形成された高分子ポリマー又は金属からなる撥水性保護膜を有し、
前記撥水性保護膜上に、撥水層が形成されていることを特徴とする水素センサ。 - 前記撥水性保護膜がフッ素系ポリマーからなり、前記撥水層がフッ素系パウダーからなることを特徴とする請求項1に記載の水素センサ。
- 前記触媒膜の表面に形成されて前記触媒膜の酸化を防止する酸化防止膜を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の水素センサ。
- 前記基板の表面に形成されて前記薄膜を酸化から保護する基板側保護膜を有し、前記薄膜が前記基板側保護膜の表面に形成されたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水素センサ。
- 前記薄膜がマグネシウム・ニッケル合金、マグネシウム・チタン合金、マグネシウム・ニオブ合金、マグネシウム・マンガン合金、マグネシウム・コバルト合金若しくはマグネシウムで形成され、
前記触媒膜がパラジウムもしくは白金を有して形成されたものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の水素センサ。 - 前記酸化防止膜がシリコン系化合物であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の水素センサ。
- 前記基板側保護膜がシリコン系化合物であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の水素センサ。
- 前記酸化防止膜の厚さが1nm〜200nmであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の水素センサ。
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