JP6849791B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
本開示は、ガスセンサに関する。
ガスを検出するための装置として、ガスセンサが知られている。ガスセンサは、簡便にガスを検出することを可能にする。
図１１に示すように、特許文献１には、ガスを検出するための物質検知センサ３００が記載されている。物質検知センサ３００は、導電性層３３０、第１電極３２０及び第２電極３２５を備えている。導電性層３３０は、第１電極３２０及び第２電極３２５のそれぞれを被覆している。
物質検知センサ３００を使用することによって、次のようにガスを検出することができる。ガスが導電性層３３０に接触すると、導電性層３３０が膨潤する。これにより、導電性層３３０の電気抵抗値が変化する。導電性層３３０の電気抵抗値の変化を測定することによって、ガスを検出できる。
特許文献１に記載された物質検知センサ３００によれば、ガスの濃度が低いときに、ガスを十分に検出できないことがある。
本開示は、より確実に、ガスを検出するための技術を提供することを目的とする。
すなわち、本開示は、
基板と、
前記基板の上に配置された第１の導電体及び第２の導電体と、
前記第１の導電体及び前記第２の導電体を被覆するとともに、前記第１の導電体の表面の一部を露出させる第１の開口部と、前記第２の導電体の表面の一部を露出させる第２の開口部とを有する絶縁層と、
導電材料と、ガスを吸着することができる有機吸着材とを含み、前記第１の開口部及び前記第２の開口部を通じて、前記第１の導電体及び前記第２の導電体のそれぞれに接触している吸着材層と、
を備えた、ガスセンサを提供する。
基板と、
前記基板の上に配置された第１の導電体及び第２の導電体と、
前記第１の導電体及び前記第２の導電体を被覆するとともに、前記第１の導電体の表面の一部を露出させる第１の開口部と、前記第２の導電体の表面の一部を露出させる第２の開口部とを有する絶縁層と、
導電材料と、ガスを吸着することができる有機吸着材とを含み、前記第１の開口部及び前記第２の開口部を通じて、前記第１の導電体及び前記第２の導電体のそれぞれに接触している吸着材層と、
を備えた、ガスセンサを提供する。
本開示のガスセンサによれば、より確実に、ガスを検出することができる。
本開示の第１態様にかかるガスセンサは、
基板と、
前記基板の上に配置された第１の導電体及び第２の導電体と、
前記第１の導電体及び前記第２の導電体を被覆するとともに、前記第１の導電体の表面の一部を露出させる第１の開口部と、前記第２の導電体の表面の一部を露出させる第２の開口部とを有する絶縁層と、
導電材料と、ガスを吸着することができる有機吸着材とを含み、前記第１の開口部及び前記第２の開口部を通じて、前記第１の導電体及び前記第２の導電体のそれぞれに接触している吸着材層と、
を備えたものである。
基板と、
前記基板の上に配置された第１の導電体及び第２の導電体と、
前記第１の導電体及び前記第２の導電体を被覆するとともに、前記第１の導電体の表面の一部を露出させる第１の開口部と、前記第２の導電体の表面の一部を露出させる第２の開口部とを有する絶縁層と、
導電材料と、ガスを吸着することができる有機吸着材とを含み、前記第１の開口部及び前記第２の開口部を通じて、前記第１の導電体及び前記第２の導電体のそれぞれに接触している吸着材層と、
を備えたものである。
第１態様によれば、有機吸着材がガスを吸着したとき、吸着材層の体積が変化する。詳細には、吸着材層が膨張又は収縮する。吸着材層の体積が変化することによって、吸着材層における導電材料同士の位置関係が変化する。これにより、吸着材層における電流の経路が変化する。ガスセンサにおいて、絶縁層に被覆されている第１の導電体の表面から吸着材層には電流が流れない。絶縁層に被覆されている第２の導電体の表面から吸着材層には電流が流れない。すなわち、吸着材層における電流の経路の数が少ない。そのため、導電材料同士の位置関係が変化することによる電流の経路の変化が大きい。電流の経路の変化が大きいと、吸着材層の電気抵抗が大きく変化する。吸着材層の電気抵抗が大きく変化するため、より確実に、ガスを検出することができる。
本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかるガスセンサでは、前記絶縁層は、複数の前記第１の開口部及び複数の前記第２の開口部を有する。第２態様によれば、電流の経路の変化に伴う吸着材層の電気抵抗の変化を安定して検出できる。これにより、安定してガスを検出することができる。
本開示の第３態様において、例えば、第２態様にかかるガスセンサでは、複数の前記第１の開口部が円弧状に並んでおり、複数の前記第２の開口部が円弧状に並んでいる。第３態様によれば、電流の経路の変化に伴う吸着材層の電気抵抗の変化を安定して検出できる。これにより、安定してガスを検出することができる。
本開示の第４態様において、例えば、第３態様にかかるガスセンサでは、前記吸着材層は、平面視で円又はリングの形状を有し、前記吸着材層を平面視したとき、複数の前記第１の開口部は、前記吸着材層の外周縁によって規定された仮想円と同心の関係にある仮想円の上に位置し、複数の前記第２の開口部は、前記吸着材層の前記外周縁によって規定された前記仮想円と同心の関係にある仮想円の上に位置する。第４態様によれば、吸着材層がガスを吸着したとき、吸着材層は、吸着材層の外周縁によって規定された仮想円の半径方向に膨張又は収縮する。複数の第１の開口部は、吸着材層の外周縁によって規定された仮想円と同心の関係にある仮想円の上に位置する。さらに、複数の第２の開口部は、吸着材層の外周縁によって規定された仮想円と同心の関係にある仮想円の上に位置する。そのため、吸着材層が膨張又は収縮したときに、電流の経路の変化のばらつきが抑制される。これにより、電流の経路の変化に伴う吸着材層の電気抵抗の変化を安定して検出できる。したがって、安定してガスを検出することができる。
本開示の第５態様において、例えば、第４態様にかかるガスセンサでは、複数の前記第１の開口部から選ばれる１つの前記第１の開口部と、複数の前記第２の開口部から選ばれる１つの前記第２の開口部とは、前記吸着材層の前記外周縁によって規定された前記仮想円の中心から放射状に延びている複数の仮想直線から選ばれる１つの前記仮想直線の上に位置する。第５態様によれば、より安定してガスを検出することができる。
本開示の第６態様において、例えば、第２態様にかかるガスセンサでは、複数の前記第１の開口部が直線状に並んでおり、複数の前記第２の開口部が直線状に並んでいる。第６態様によれば、電流の経路の変化に伴う吸着材層の電気抵抗の変化を安定して検出できる。これにより、安定してガスを検出することができる。
本開示の第７態様において、例えば、第６態様にかかるガスセンサでは、前記吸着材層は、平面視で矩形の形状を有し、前記吸着材層を平面視したとき、複数の前記第１の開口部は、前記吸着材層の外周縁を構成する複数の輪郭線から選ばれる少なくとも１つの前記輪郭線が延びる方向に沿って並んでおり、複数の前記第２の開口部は、複数の前記第１の開口部が並んでいる方向に沿って並んでいる。第７態様によれば、吸着材層がガスを吸着したとき、吸着材層は、吸着材層の外周縁を構成する複数の輪郭線のそれぞれが延びる方向に膨張又は収縮する。複数の第１の開口部は、吸着材層の外周縁を構成する複数の輪郭線から選ばれる少なくとも１つの輪郭線が延びる方向に沿って並んでいる。さらに、複数の第２の開口部は、複数の第１の開口部が並んでいる方向に沿って並んでいる。そのため、吸着材層が膨張又は収縮したときに、電流の経路の変化のばらつきが抑制される。これにより、電流の経路の変化に伴う吸着材層の電気抵抗の変化を安定して検出できる。したがって、安定してガスを検出することができる。
本開示の第８態様において、例えば、第１〜第７態様のいずれか１つにかかるガスセンサでは、前記第１の開口部の全部が平面視で前記第１の導電体に重なっており、前記第２の開口部の全部が平面視で前記第２の導電体に重なっている。第８態様によれば、電流の経路の変化に伴う吸着材層の電気抵抗の変化を安定して検出できる。これにより、安定してガスを検出することができる。
本開示の第９態様において、例えば、第１〜第８態様のいずれか１つにかかるガスセンサでは、前記有機吸着材は、ポリアルキレングリコール類、ポリエステル類、シリコーン類、グリセロール類、ニトリル類、ジカルボン酸モノエステル類及び脂肪族アミン類からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。第９態様によれば、有機吸着材は、ガスを容易に吸着できる。
本開示の第１０態様において、例えば、第１〜第９態様のいずれか１つにかかるガスセンサでは、前記導電材料は、カーボンブラックを含む。第１０態様によれば、有機吸着材の体積が変化したとき、吸着材層の電気抵抗がより大きく変化する。そのため、より確実に、ガスを検出することができる。
本開示の第１１態様において、例えば、第１０態様にかかるガスセンサでは、前記吸着材層の重量に対する前記カーボンブラックの重量の比率は、０．２５〜０．９５の範囲にある。第１１態様によれば、第１の導電体又は第２の導電体から吸着材層に電流が容易に流れる。そのため、吸着材層の電気抵抗を容易に測定できる。
本開示の第１２態様において、例えば、第１〜第１１態様のいずれか１つにかかるガスセンサでは、平面視での前記第１の開口部及び前記第２の開口部の面積は、それぞれ、０．２〜２０００μｍ2の範囲にある。第１２態様によれば、吸着材層における電流の経路の数が十分に少ないため、電流の経路の変化によって、吸着材層の電気抵抗がより大きく変化する。そのため、より確実に、ガスを検出することができる。さらに、第１の導電体又は第２の導電体から吸着材層に電流が容易に流れる。そのため、吸着材層の電気抵抗を容易に測定できる。
本開示の第１３態様において、例えば、第１〜第１２態様のいずれか１つにかかるガスセンサでは、前記第１の開口部及び前記第２の開口部のそれぞれが平面視で円の形状を有し、前記第１の開口部及び前記第２の開口部の直径は、それぞれ、０．５〜５０μｍの範囲にある。第１３態様によれば、吸着材層における電流の経路の数が十分に少ないため、電流の経路の変化によって、吸着材層の電気抵抗がより大きく変化する。そのため、より確実に、ガスを検出することができる。さらに、第１の導電体又は第２の導電体から吸着材層に電流が容易に流れる。そのため、吸着材層の電気抵抗を容易に測定できる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
（実施形態１）
図１及び図２に示すように、本実施形態１にかかるガスセンサ１００は、基板１０、第１の導電体２０、第２の導電体２５、絶縁層４０及び吸着材層３０を備えている。基板１０は、例えば、板状である。基板１０は、例えば、平面視で矩形又は円の形状を有する。本実施形態では、基板１０は、平面視で円の形状を有する。第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれは、電極として機能する。
図１及び図２に示すように、本実施形態１にかかるガスセンサ１００は、基板１０、第１の導電体２０、第２の導電体２５、絶縁層４０及び吸着材層３０を備えている。基板１０は、例えば、板状である。基板１０は、例えば、平面視で矩形又は円の形状を有する。本実施形態では、基板１０は、平面視で円の形状を有する。第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれは、電極として機能する。
第１の導電体２０は、基板１０の上に配置されている。第１の導電体２０の下面は、基板１０の上面に接している。第１の導電体２０の形状は、特に限定されない。第１の導電体２０は、例えば、平面視で円弧又はリングの形状を有する。本実施形態において、第１の導電体２０は、平面視で円弧の形状を有するとともに、帯状の形状を有している。第１の導電体２０の外周面によって規定された仮想円の中心は、基板１０の表面の重心（基板１０の上面の中心）に一致してもよく、一致しなくてもよい。基板１０の表面の半径に対する基板１０の表面の重心から第１の導電体２０までの距離の比率は、０．１〜０．８の範囲にあってもよい。
第１の導電体２０は、ガスセンサ１００の外側に露出している露出部２０ａを含む。図１では、露出部２０ａは、基板１０の外周面を越えて基板１０の外側に延びている。ただし、第１の導電体２０は、基板１０の外周面を越えて基板１０の外側に延びている部分を有していなくてもよい。例えば、基板１０に開口部が設けられ、その開口部を通じて第１の導電体２０の下面の一部がガスセンサ１００の外側に露出していてもよい。このとき、第１の導電体２０の下面の一部が露出部２０ａに相当する。
第２の導電体２５は、基板１０の上に配置されている。第２の導電体２５の下面は、基板１０の上面に接している。第２の導電体２５の形状は、特に限定されない。第２の導電体２５は、例えば、第１の導電体２０を囲んでいる。すなわち、第２の導電体２５は、基板１０の表面の半径方向において、第１の導電体２０よりも外側に位置していてもよい。第２の導電体２５は、第１の導電体２０と接していない。第２の導電体２５は、例えば、平面視で円弧又はリングの形状を有する。本実施形態において、第２の導電体２５は、平面視で円弧の形状を有するとともに、帯状の形状を有している。第２の導電体２５の外周面によって規定された仮想円の中心は、基板１０の表面の重心に一致してもよく、一致しなくてもよい。第２の導電体２５の外周面によって規定された仮想円の中心は、第１の導電体２０の外周面によって規定された仮想円の中心に一致してもよく、一致しなくてもよい。本実施形態では、第１の導電体２０及び第２の導電体２５が同心円状に配置されている。基板１０の表面の半径に対する基板１０の表面の重心から第２の導電体２５までの距離の比率は、０．２〜０．９の範囲にあってもよい。
第２の導電体２５は、ガスセンサ１００の外側に露出している露出部２５ａを含む。図１では、露出部２５ａは、基板１０の外周面を越えて基板１０の外側に延びている。ただし、第２の導電体２５は、基板１０の外周面を越えて基板１０の外側に延びている部分を有していなくてもよい。例えば、基板１０に開口部が設けられることによって、第２の導電体２５の下面の一部が、ガスセンサ１００の外側に露出していてもよい。このとき、第２の導電体２５の下面の一部が、露出部２５ａに相当する。
絶縁層４０は、第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれを被覆している。絶縁層４０は、第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれと接触している。絶縁層４０は、基板１０の上面全体を被覆していてもよい。絶縁層４０は、基板１０の上面を部分的に被覆していてもよい。
絶縁層４０は、第１の開口部４５及び第２の開口部４６を有する。第１の開口部４５は、第１の導電体２０の表面の一部を露出させている。第１の開口部４５は、第１の導電体２０の上面に重なっている。例えば、第１の開口部４５の全部が平面視で第１の導電体２０に重なっている。第１の開口部４５は、絶縁層４０を厚さ方向に貫通している。第１の開口部４５を除き、絶縁層４０は、第１の導電体２０の上面全体及び側面全体を被覆している。
絶縁層４０は、複数の第１の開口部４５を有していてもよい。複数の第１の開口部４５の数は、特に限定されない。複数の第１の開口部４５の数は、１〜２０の範囲にあってもよく、２〜８の範囲にあってもよく、２〜４の範囲にあってもよく、２〜３の範囲にあってもよい。本実施形態では、絶縁層４０は、複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄを有する。複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、円弧状に並んでいる。言い換えると、複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、第１の導電体２０の長手方向に沿って並んでいる。詳細には、複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、第１の導電体２０の周方向に沿って並んでいる。本実施形態では、複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、第１の導電体２０の周方向に沿って等間隔で並んでいる。
第２の開口部４６は、第２の導電体２５の表面の一部を露出させている。第２の開口部４６は、第２の導電体２５の上面に重なっている。例えば、第２の開口部４６の全部が平面視で第２の導電体２５に重なっている。第２の開口部４６は、絶縁層４０を厚さ方向に貫通している。第２の開口部４６を除き、絶縁層４０は、第２の導電体２５の上面全体及び側面全体を被覆している。
絶縁層４０は、複数の第２の開口部４６を有していてもよい。複数の第２の開口部４６の数は、特に限定されない。複数の第２の開口部４６の数は、１〜２０の範囲にあってもよく、２〜８の範囲にあってもよく、２〜４の範囲にあってもよく、２〜３の範囲にあってもよい。複数の第２の開口部４６の数は、複数の第１の開口部４５の数と同じであってもよく、異なっていてもよい。本実施形態では、絶縁層４０は、複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄを有する。複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄは、円弧状に並んでいる。言い換えると、複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄは、第２の導電体２５の長手方向に沿って並んでいる。詳細には、複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄは、第２の導電体２５の周方向に沿って並んでいる。本実施形態では、複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄは、第２の導電体２５の周方向に沿って等間隔で並んでいる。
第１の開口部４５及び第２の開口部４６のそれぞれの形状は、特に限定されない。第１の開口部４５及び第２の開口部４６のそれぞれは、例えば、平面視で円又は矩形の形状を有している。平面視での第１の開口部４５及び第２の開口部４６の面積は、それぞれ、０．２〜２０００００μｍ2の範囲にあってもよく、０．２〜２０００μｍ2の範囲にあってもよく、１５〜２５μｍ2の範囲にあってもよい。このとき、吸着材層３０における電流の経路の数が十分に少ないため、電流の経路の変化によって、吸着材層３０の電気抵抗がより大きく変化する。そのため、より確実に、ガスを検出することができる。さらに、第１の導電体２０又は第２の導電体２５から吸着材層３０に電流が容易に流れる。そのため、吸着材層３０の電気抵抗を容易に測定できる。第１の開口部４５及び第２の開口部４６のそれぞれが平面視で円の形状を有するとき、第１の開口部４５及び第２の開口部４６の直径は、それぞれ、０．５〜５００μｍの範囲にあってもよく、０．５〜５０μｍの範囲にあってもよく、４．３７〜５．６４μｍの範囲にあってもよい。平面視での第１の開口部４５及び第２の開口部４６の面積及び直径は、絶縁層４０の表面を電子顕微鏡で観察することによって測定できる。
吸着材層３０は、第１の開口部４５及び第２の開口部４６を通じて、第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれに接触している。例えば、図１及び図２に示すように、第１の開口部４５ｃを通じて、吸着材層３０が第１の導電体２０に接触している。第２の開口部４６ｃを通じて、吸着材層３０が第２の導電体２５に接触している。そのため、第１の導電体２０及び第２の導電体２５に電圧を印加したとき、吸着材層３０に電流が流れる。これにより、吸着材層３０の電気抵抗を測定できる。吸着材層３０は、絶縁層４０の上に配置されている。吸着材層３０は、絶縁層４０の上面全体及び側面全体を被覆している。吸着材層３０は、絶縁層４０の上面及び側面を部分的に被覆しているだけでもよい。吸着材層３０は、基板１０の上面全体を被覆していてもよく、基板１０の上面を部分的に被覆していてもよい。吸着材層３０は、基板１０と接していてもよく、接していなくてもよい。
吸着材層３０の厚さは、検出されるべきガスの種類、吸着材層３０の組成などに応じて定められる。吸着材層３０が薄ければ薄いほど、吸着材層３０の電気抵抗を安定して測定できる。吸着材層３０の厚さは、０．１〜１０μｍの範囲にあってもよい。吸着材層３０の形状は、特に限定されない。吸着材層３０は、例えば、平面視で円又はリングの形状を有する。本実施形態において、吸着材層３０は、平面視でリングの形状を有する。平面視での吸着材層３０の面積は、例えば、０．００２〜５０ｍｍ2の範囲にある。
図３に示すように、本実施形態では、吸着材層３０を平面視したとき、複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、吸着材層３０の外周縁３０ａによって規定された仮想円Ｃ１と同心の関係にある仮想円Ｃ２の上に位置している。なお、図３では、便宜上、第１の導電体２０及び第２の導電体２５が省略されている。複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、仮想円Ｃ２に沿って等角度間隔で並んでいる。
本実施形態では、吸着材層３０を平面視したとき、複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄは、仮想円Ｃ１と同心の関係にある仮想円Ｃ３の上に位置している。仮想円Ｃ３は、仮想円Ｃ２とは異なる。複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄは、仮想円Ｃ３に沿って等角度間隔で並んでいる。
本実施形態において、複数の第１の開口部４５ａ及び４５ｃと、複数の第２の開口部４６ａ及び４６ｃとは、仮想直線Ｌ１の上に位置している。複数の第１の開口部４５ｂ及び４５ｄと、複数の第２の開口部４６ｂ及び４６ｄとは、仮想直線Ｌ２の上に位置している。仮想直線Ｌ１及び仮想直線Ｌ２のそれぞれは、仮想円Ｃ１の中心Ｏから放射状に延びている。仮想直線Ｌ１は、仮想直線Ｌ２に直交している。
図１に示すとおり、ガスセンサ１００は、第１壁部１１をさらに備えていてもよい。第１壁部１１は、基板１０の表面を取り囲んでいる。第１壁部１１は、平面視でリングの形状を有している。第１壁部１１は、基板１０から上方（基板１０の厚さ方向）に延びている。第１壁部１１に囲まれた基板１０の表面は、例えば、円の形状を有する。第１壁部１１は、基板１０の外周縁に接続されている。第１壁部１１は、基板１０と一体化されていてもよい。言い換えれば、第１壁部１１が基板１０の一部であってもよい。第１壁部１１は、吸着材層３０よりも上方に延びている。第１壁部１１の内周面は、吸着材層３０に接している。
ガスセンサ１００は、第２壁部１２をさらに備えていてもよい。第２壁部１２は、基板１０の表面の一部から上方に延びている。第２壁部１２の形状は、例えば、円柱状又は円筒状である。第２壁部１２は、基板１０の表面の一部に接続されている。第２壁部１２は、基板１０と一体化されていてもよい。言い換えれば、第２壁部１２が基板１０の一部であってもよい。第２壁部１２は、第１の導電体２０に囲まれている。第２壁部１２の外周面は、基板１０の表面の重心を囲んでいる。第２壁部１２は、吸着材層３０よりも上方に延びている。第２壁部１２の外周面は、吸着材層３０に接している。吸着材層３０は、第１壁部１１と第２壁部１２との間に配置されている。
基板１０の材料は、ガスセンサ１００の形状を維持できるものであれば、特に限定されない。基板１０は、例えば、Ｓｉ基板、金属板、ガラス板又は高分子フィルムである。
第１の導電体２０の材料及び第２の導電体２５の材料は、電圧を印加できるものであれば、特に限定されない。第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれは、例えば、銀、金、銅、白金及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１つの金属を含む。第１の導電体２０の材料は、第２の導電体２５の材料と同じであってもよい。
絶縁層４０の材料は、絶縁性を有していれば、特に限定されない。絶縁層４０の材料は、例えば、絶縁性の高分子材料、セラミックス及びガラスからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。絶縁性の高分子材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、酢酸セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド及びポリエーテルイミドからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。セラミックスは、例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、Ｚｒ2Ｏ3及びＭｇＯからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
吸着材層３０は、導電材料と有機吸着材とを含む。吸着材層３０が導電材料を含んでいるので、吸着材層３０に電流を流すことができる。吸着材層３０に電流を流すことによって、吸着材層３０の電気抵抗を測定できる。導電材料は、導電性を有するものであれば、特に限定されない。導電材料は、例えば、炭素材料、導電性ポリマー、金属材料、金属酸化物、半導体材料、超伝導体及び錯化合物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
炭素材料は、例えば、カーボンブラック、グラファイト、コークス、カーボンナノチューブ、グラフェン及びフラーレンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。導電性ポリマーは、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール及びポリアセチレンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。金属材料は、例えば、銀、金、銅、白金及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。金属酸化物は、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化タングステン、酸化亜鉛及び酸化チタンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。半導体材料は、例えば、ケイ素、ガリウムヒ素、リン化インジウム及び硫化モリブデンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。超伝導体は、例えば、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7及びＴｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。錯化合物は、例えば、テトラメチルパラフェニレンジアミンとクロラニルとの錯化合物、テトラシアノキノジメタンとアルカリ金属との錯化合物、テトラチアフルバレンとハロゲンとの錯化合物、イリジウムとハロカルボニル化合物との錯化合物、及び、テトラシアノ白金からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
導電材料は、典型的には、カーボンブラックを含む。導電材料がカーボンブラックを含むとき、吸着材層の電気抵抗がより大きく変化する。そのため、より確実に、ガスを検出することができる。
吸着材層３０は、典型的には、導電材料の粒子を含む。導電材料の粒子の平均粒径は、１０〜３００ｎｍの範囲にあってもよい。「平均粒径」は、次の方法で測定することができる。吸着材層３０の表面又は断面を電子顕微鏡で観察し、吸着材層３０に含まれる任意の数の粒子（例えば５０個）の直径を測定する。得られた測定値を用いて算出された平均値により、平均粒径が定められる。電子顕微鏡で観察された粒子の面積と等しい面積を有する円の直径を粒径とみなすことができる。
吸着材層３０の重量に対する導電材料の重量の比率は、０．０５〜０．９５の範囲にあってもよく、０．２５〜０．９５の範囲にあってもよい。吸着材層３０の重量に対する導電材料の重量の比率は、０．５であってもよい。導電材料がカーボンブラックであるとき、吸着材層３０の重量に対するカーボンブラックの重量の比率は、０．２５〜０．９５の範囲にあってもよい。このとき、第１の導電体２０又は第２の導電体２５から吸着材層３０に電流が容易に流れる。そのため、吸着材層３０の電気抵抗を容易に測定できる。
有機吸着材は、ガスを吸着することができる。有機吸着材がガスを吸着することによって、吸着材層３０の体積が変化する。有機吸着材の材料は、検出されるべきガスの種類、導電材料の種類などに応じて定められる。有機吸着材の材料は、例えば、ガスクロマトグラフィーのカラムの固定相として市販されている材料を含む。有機吸着材の材料は、例えば、高分子材料及び低分子材料からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。有機吸着材は、例えば、ポリアルキレングリコール類、ポリエステル類、シリコーン類、グリセロール類、ニトリル類、ジカルボン酸モノエステル類及び脂肪族アミン類からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。このとき、有機吸着材は、ガスを容易に吸着できる。
ポリアルキレングリコール類は、例えば、ポリエチレングリコールを含む。ポリエステル類は、例えば、ポリ（ジエチレングリコールアジペート）及びポリ（エチレンサクシネート）からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。シリコーン類は、例えば、ジメチルシリコーン、フェニルメチルシリコーン、トリフルオロプロピルメチルシリコーン及びシアノシリコーンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。グリセロール類は、例えば、ジグリセロールを含む。ニトリル類は、例えば、Ｎ，Ｎ−ビス（２−シアノエチル）ホルムアミド及び１，２，３−トリス（２−シアノエトキシ）プロパンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。ジカルボン酸モノエステル類は、例えば、ニトロテレフタル酸修飾ポリエチレングリコール及びジエチレングリコールサクシネートからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。脂肪族アミン類は、例えば、テトラヒドロキシエチルエチレンジアミンを含む。
吸着材層３０の重量に対する有機吸着材の重量の比率は、検出されるべきガスの種類、導電材料の種類などに応じて定められる。吸着材層３０の重量に対する有機吸着材の重量の比率は、０．０５〜０．９５の範囲にあってもよい。
吸着材層３０は、添加剤をさらに含んでいてもよい。添加剤は、例えば、分散剤を含む。
第１壁部１１の材料及び第２壁部１２の材料のそれぞれは、特に限定されない。第１壁部１１の材料及び第２壁部１２の材料のそれぞれは、疎水性を有していてもよい。第１壁部１１の材料及び第２壁部１２の材料のそれぞれは、例えば、疎水性の高分子材料を含む。疎水性の高分子材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。第１壁部１１の材料は、第２壁部１２の材料と同じであってもよい。第１壁部１１の材料及び第２壁部１２の材料のそれぞれは、基板１０の材料と同じであってもよい。
次に、ガスセンサ１００の製造方法を説明する。
まず、第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれを基板１０の上に配置する。基板１０の上に第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれを配置する方法は、特に限定されない。例えば、金属を基板１０の上に堆積させることによって、第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれを基板１０の上に配置させることができる。金属を堆積させる方法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、真空蒸着法、化学蒸着法、化学気相法などが挙げられる。
次に、絶縁層４０を作製する。絶縁層４０を作製する方法は、特に限定されない。絶縁層４０は、例えば、次の方法で作製できる。絶縁性の高分子材料を含む分散液を調製する。分散液は、塗布用溶媒に絶縁性の高分子材料を分散させることによって得られる。塗布用溶媒は、例えば、水及び有機溶媒からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれに分散液を所望のパターンにて塗布し、塗布膜を形成する。塗布膜の形成方法としては、印刷法が挙げられる。塗布膜を乾燥させることによって、絶縁層４０の前駆体層が形成される。
次に、絶縁層４０の前駆体層に第１の開口部４５及び第２の開口部４６を形成する。これにより、絶縁層４０を作製することができる。第１の開口部４５及び第２の開口部４６を形成する方法は、特に限定されない。第１の開口部４５及び第２の開口部４６は、例えば、絶縁層４０の前駆体層に対して、イオンビームを照射することによって形成することができる。第１の開口部４５及び第２の開口部４６は、例えば、絶縁層４０の前駆体層をエッチングすることによって形成することもできる。
次に、吸着材層３０を作製する。まず、導電材料及び有機吸着材を含む分散液を調製する。分散液は、塗布用溶媒に導電材料及び有機吸着材を分散させることによって得られる。塗布用溶媒は、例えば、水及び有機溶媒からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。次に、絶縁層４０に分散液を塗布し、塗布膜を形成する。塗布膜を乾燥させることによって、吸着材層３０が形成される。
上記の方法で形成された吸着材層３０は、通常、基板１０の表面の周方向に均一な厚さを有する。本実施形態のガスセンサ１００では、第１の導電体２０及び第２の導電体２５が平面視で円弧又はリングの形状を有する。そのため、吸着材層３０は、第１の導電体２０に沿って均一な厚さを有する。同様に、吸着材層３０は、第２の導電体２５に沿って均一な厚さを有する。このとき、吸着材層３０の電気抵抗を安定して測定できる。
ガスセンサ１００が第１壁部１１及び第２壁部１２を備えているとき、分散液を均一に塗布できる。すなわち、吸着材層３０の厚さを均一にすることができる。第１壁部１１及び第２壁部１２のそれぞれが疎水性を有するとき、分散液と、第１壁部１１及び第２壁部１２のそれぞれとの間に生じている表面張力が低い。そのため、吸着材層３０の厚さをより均一にすることができる。
次に、ガスセンサ１００を用いたガスの検出方法を説明する。
まず、第１の導電体２０の露出部２０ａと、第２の導電体２５の露出部２５ａとのそれぞれを検出器に接続する。検出器は、第１の導電体２０及び第２の導電体２５に電圧を印加することができる。第１の導電体２０及び第２の導電体２５に電圧を印加したとき、吸着材層３０に電流が流れる。検出器は、吸着材層３０に流れる電流に基づいて、吸着材層３０の電気抵抗を測定できる。
次に、ガスが含まれた雰囲気下にガスセンサ１００を置く。ガスは、例えば、揮発性有機化合物を含む。揮発性有機化合物は、例えば、ケトン類、アミン類、アルコール類、芳香族炭化水素類、アルデヒド類、エステル類、有機酸、硫化水素、メチルメルカプタン、ジスルフィド及びピロールからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
ガスセンサ１００にガスが接触したとき、吸着材層３０の有機吸着材がガスを吸着する。有機吸着材がガスを吸着したとき、吸着材層３０の体積が変化する。詳細には、吸着材層３０が膨張又は収縮する。吸着材層３０の体積が変化することによって、吸着材層３０における導電材料同士の位置関係が変化する。ガスセンサ１００において、絶縁層４０に被覆されている第１の導電体２０の表面から吸着材層３０には電流が流れない。絶縁層４０に被覆されている第２の導電体２５の表面から吸着材層３０には電流が流れない。すなわち、吸着材層３０における電流の経路の数が少ない。そのため、導電材料同士の位置関係が変化することによる電流の経路の変化が大きい。電流の経路の変化が大きいと、吸着材層３０の電気抵抗が大きく変化する。吸着材層３０の電気抵抗が大きく変化するため、より確実に、ガスを検出することができる。本実施形態のガスセンサ１００によれば、ガスの濃度が０．１〜１０００ｐｐｍの範囲にあっても、ガスを検出することができる。
本実施形態では、吸着材層３０は、平面視でリングの形状を有する。そのため、吸着材層３０がガスを吸着したとき、吸着材層３０は、仮想円Ｃ１の半径方向に膨張又は収縮する。複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、仮想円Ｃ２の上に位置する。さらに、複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄは、仮想円Ｃ３の上に位置する。仮想円Ｃ１，Ｃ２及びＣ３は、互いに同心の関係にあるため、吸着材層３０が膨張又は収縮したときに、電流の経路の変化のばらつきが抑制される。特に、本実施形態では、複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄと、複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄとが、仮想直線Ｌ１又はＬ２の上に位置しているため、電流の経路の変化のばらつきがより抑制されている。これにより、電流の経路の変化に伴う吸着材層３０の電気抵抗の変化を安定して検出できる。そのため、ガスセンサ１００によれば、安定してガスを検出することができる。
次に、本実施形態にかかるガスセンサ集合体を説明する。
図４に示すように、ガスセンサ集合体２００は、複数のガスセンサ１００と基板２１０とを備える。基板２１０は、例えば、板状である。基板２１０は、例えば、平面視で矩形の形状を有する。基板２１０は、互いに向かい合う１対の端面を２組有する。
基板２１０の上に、複数のガスセンサ１００のそれぞれが配置されている。複数のガスセンサ１００のそれぞれは、検出器（図示省略）に接続されている。複数のガスセンサ１００から選ばれる少なくとも２つのそれぞれの吸着材層３０は、互いに同じ材料によって構成されていてもよい。このとき、ガスセンサ集合体２００の特定のガスに対する検出精度が向上する。複数のガスセンサ１００から選ばれる少なくとも２つのそれぞれの吸着材層３０は、互いに異なる材料によって構成されていてもよい。複数のガスセンサ１００のそれぞれの吸着材層３０に含まれた有機吸着材の種類が互いに異なっていてもよい。このとき、複数のガスセンサ１００は、特定のガスに対して、互いに異なる挙動を示す。例えば、特定のガスセンサ１００に吸着しにくいガスは、他のガスセンサ１００に吸着される。これにより、ガスセンサ集合体２００は、複数のガスを含む混合ガスを検出することができる。
ガスセンサ集合体２００が備えている複数のガスセンサ１００の数は、特に限定されない。複数のガスセンサ１００の数は、例えば、１６である。図４では、基板２１０の１対の端面の一方から他方に向かう方向に、４つのガスセンサ１００が並んでいる。基板２１０の他の１対の端面の一方から他方に向かう方向に、４つのガスセンサ１００が並んでいる。
（実施形態１の変形例）
第１壁部１１に囲まれた基板１０の表面は、円の形状を有していなくてもよい。図５のガスセンサ１１０では、第１壁部１１は、複数の突出部１１ａを含む。複数の突出部１１ａのそれぞれは、基板１０の外周縁から基板１０の表面の重心に向かって突出している。複数の突出部１１ａのそれぞれが平面視で扇の形状を有する。第１壁部１１に囲まれた基板１０の表面は、例えば、歯車の形状を有する。複数の突出部１１ａの数は、特に限定されない。複数の突出部１１ａの数は、例えば、６である。図５において、複数の突出部１１ａのそれぞれは、第２壁部１２に接していない。ただし、複数の突出部１１ａのそれぞれは、第２壁部１２に接していてもよい。
第１壁部１１に囲まれた基板１０の表面は、円の形状を有していなくてもよい。図５のガスセンサ１１０では、第１壁部１１は、複数の突出部１１ａを含む。複数の突出部１１ａのそれぞれは、基板１０の外周縁から基板１０の表面の重心に向かって突出している。複数の突出部１１ａのそれぞれが平面視で扇の形状を有する。第１壁部１１に囲まれた基板１０の表面は、例えば、歯車の形状を有する。複数の突出部１１ａの数は、特に限定されない。複数の突出部１１ａの数は、例えば、６である。図５において、複数の突出部１１ａのそれぞれは、第２壁部１２に接していない。ただし、複数の突出部１１ａのそれぞれは、第２壁部１２に接していてもよい。
図６に示すように、複数の突出部１１ａは、それぞれ、第１の導電体２０の上面及び側面を部分的に被覆している。複数の突出部１１ａは、それぞれ、第２の導電体２５の上面及び側面を部分的に被覆している。複数の突出部１１ａのそれぞれは、第１の導電体２０及び第２の導電体２５に接している。複数の突出部１１ａのそれぞれによって被覆されている第１の導電体２０の部分は、絶縁層４０及び吸着材層３０に接触していない。複数の突出部１１ａのそれぞれによって被覆されている第２の導電体２５の部分は、絶縁層４０及び吸着材層３０に接触していない。ただし、複数の突出部１１ａのそれぞれによって被覆されている第１の導電体２０の部分及び第２の導電体２５の部分は、絶縁層４０によって被覆されていてもよい。
図５に示すように、基板１０の表面の周方向に隣接する２つの突出部１１ａの間に検出部３５が形成されている。ガスセンサ１１０は、典型的には、複数の突出部１１ａの数と同じ数の複数の検出部３５を有する。複数の検出部３５のそれぞれにおいて、絶縁層４０は、第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれを被覆している。絶縁層４０は、１つの検出部３５において、１つの第１の開口部４５と１つの第２の開口部４６とを有する。１つの検出部３５において、吸着材層３０は、第１の開口部４５及び第２の開口部４６を通じて第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれに接触している。複数の検出部３５のそれぞれにおいて、吸着材層３０の電気抵抗を測定できる。
ガスセンサ１１０の吸着材層３０を作製するとき、複数の検出部３５のそれぞれにおいて、分散液をより均一に塗布できる。すなわち、ガスセンサ１１０において、吸着材層３０の厚さをより均一にすることができる。
（実施形態２）
第１の導電体２０は、平面視で円弧又はリングの形状を有していなくてもよい。同様に、第２の導電体２５は、第１の導電体２０を囲んでいなくてもよい。さらに、吸着材層３０は、平面視で円又はリングの形状を有していなくてもよい。図７のガスセンサ１２０では、第１の導電体２０は、平面視で矩形の形状を有するとともに、帯状の形状を有している。第２の導電体２５は、平面視で矩形の形状を有するとともに、帯状の形状を有している。吸着材層３０は、平面視で矩形の形状を有する。本実施形態では、吸着材層３０は、帯状の形状を有している。基板１０は、平面視で矩形の形状を有する。ガスセンサ１２０は、第２壁部１２を備えていない。第１の導電体２０の形状、第２の導電体２５の形状、吸着材層３０の形状、基板１０の形状及び第２壁部１２の有無を除き、ガスセンサ１２０の構造は、実施形態１のガスセンサ１００の構造と同じである。したがって、実施形態１のガスセンサ１００と本実施形態のガスセンサ１２０とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、以下の各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
第１の導電体２０は、平面視で円弧又はリングの形状を有していなくてもよい。同様に、第２の導電体２５は、第１の導電体２０を囲んでいなくてもよい。さらに、吸着材層３０は、平面視で円又はリングの形状を有していなくてもよい。図７のガスセンサ１２０では、第１の導電体２０は、平面視で矩形の形状を有するとともに、帯状の形状を有している。第２の導電体２５は、平面視で矩形の形状を有するとともに、帯状の形状を有している。吸着材層３０は、平面視で矩形の形状を有する。本実施形態では、吸着材層３０は、帯状の形状を有している。基板１０は、平面視で矩形の形状を有する。ガスセンサ１２０は、第２壁部１２を備えていない。第１の導電体２０の形状、第２の導電体２５の形状、吸着材層３０の形状、基板１０の形状及び第２壁部１２の有無を除き、ガスセンサ１２０の構造は、実施形態１のガスセンサ１００の構造と同じである。したがって、実施形態１のガスセンサ１００と本実施形態のガスセンサ１２０とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、以下の各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
吸着材層３０の外周縁３０ａは、複数の輪郭線３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ及び３０ｅによって構成されている。輪郭線３０ｂ及び３０ｄは、互いに向かい合っている。輪郭線３０ｃ及び３０ｅは、互いに向かい合っている。輪郭線３０ｃ及び３０ｅのそれぞれは、第１方向Ｘに延びている。輪郭線３０ｂ及び３０ｄのそれぞれは、第２方向Ｙに延びている。第１方向Ｘは、第２方向Ｙに直交する。
第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれは、第２方向Ｙに延びている。第１の導電体２０及び第２の導電体２５は、第１方向Ｘに並んでいる。
複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、第２方向Ｙに沿って、直線状に並んでいる。言い換えると、複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、第１の導電体２０の長手方向に沿って並んでいる。本実施形態では、複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、第２方向Ｙに沿って等間隔で並んでいる。
複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄは、第２方向Ｙに沿って、直線状に並んでいる。言い換えると、複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄは、第２の導電体２５の長手方向に沿って並んでいる。本実施形態では、複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄは、第２方向Ｙに沿って等間隔で並んでいる。複数の第１の開口部４５から選ばれる少なくとも１つの第１の開口部４５と、複数の第２の開口部４６から選ばれる少なくとも１つの第２の開口部４６とは、第１方向Ｘに沿って並んでいてもよい。本実施形態において、第１の開口部４５ａ及び第２の開口部４６ａは、第１方向Ｘに沿って並んでいる。第１の開口部４５ｂ及び第２の開口部４６ｂは、第１方向Ｘに沿って並んでいる。第１の開口部４５ｃ及び第２の開口部４６ｃは、第１方向Ｘに沿って並んでいる。第１の開口部４５ｄ及び第２の開口部４６ｄは、第１方向Ｘに沿って並んでいる。
本実施形態のガスセンサ１２０は、第２壁部１２を備えていない。ただし、ガスセンサ１２０は、第２壁部１２を備えていてもよい。このとき、第２壁部１２の形状は、角柱状であってもよい。ガスセンサ１２０が第２壁部１２を備えているとき、吸着材層３０は、平面視で額縁の形状を有する。
本実施形態では、吸着材層３０は、平面視で矩形の形状を有する。そのため、吸着材層３０がガスを吸着したとき、吸着材層３０は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙのそれぞれに膨張又は収縮する。吸着材層３０は、第１方向Ｘの反対方向及び第２方向Ｙの反対方向のそれぞれにも膨張又は収縮する。複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、第２方向Ｙに沿って並んでいる。さらに、複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄも、第２方向Ｙに沿って並んでいる。そのため、吸着材層３０が膨張又は収縮したときに、電流の経路の変化のばらつきが抑制される。これにより、電流の経路の変化に伴う吸着材層３０の電気抵抗の変化を安定して検出できる。そのため、ガスセンサ１００によれば、安定してガスを検出することができる。
（実施形態３）
実施形態２のガスセンサ１２０は、複数の第１の導電体２０と、複数の第２の導電体２５とを備えていてもよい。複数の第１の導電体２０のそれぞれに対して、１つの第１の開口部４５が開口していてもよい。複数の第２の導電体２５のそれぞれに対して、１つの第２の開口部４６が開口していてもよい。図８のガスセンサ１３０では、複数の第１の導電体２０のそれぞれは、第２方向Ｙに延びている。複数の第１の導電体２０のそれぞれは、配線５０によって電気的に接続されている。複数の第１の導電体２０の数は、２〜１０の範囲にあってもよい。
実施形態２のガスセンサ１２０は、複数の第１の導電体２０と、複数の第２の導電体２５とを備えていてもよい。複数の第１の導電体２０のそれぞれに対して、１つの第１の開口部４５が開口していてもよい。複数の第２の導電体２５のそれぞれに対して、１つの第２の開口部４６が開口していてもよい。図８のガスセンサ１３０では、複数の第１の導電体２０のそれぞれは、第２方向Ｙに延びている。複数の第１の導電体２０のそれぞれは、配線５０によって電気的に接続されている。複数の第１の導電体２０の数は、２〜１０の範囲にあってもよい。
複数の第２の導電体２５のそれぞれは、第２方向Ｙの反対方向に延びている。複数の第２の導電体２５のそれぞれは、配線５５によって電気的に接続されている。複数の第１の導電体２０と、複数の第２の導電体２５とは、第１方向Ｘに交互に並んでいる。複数の第２の導電体２５の数は、２〜１０の範囲にあってもよい。
複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、第１方向Ｘに沿って、直線状に並んでいる。本実施形態では、複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、第１方向Ｘに沿って等間隔で並んでいる。複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄは、第１方向Ｘに沿って、直線状に並んでいる。本実施形態では、複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄは、第１方向Ｘに沿って等間隔で並んでいる。
本実施形態では、吸着材層３０は、平面視で矩形の形状を有する。そのため、吸着材層３０がガスを吸着したとき、吸着材層３０は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙのそれぞれに膨張又は収縮する。吸着材層３０は、第１方向Ｘの反対方向及び第２方向Ｙの反対方向のそれぞれにも膨張又は収縮する。複数の第１の開口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ及び４５ｄは、第１方向Ｘに沿って並んでいる。さらに、複数の第２の開口部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄも、第１方向Ｘに沿って並んでいる。そのため、吸着材層３０が膨張又は収縮したときに、電流の経路の変化のばらつきが抑制される。これにより、電流の経路の変化に伴う吸着材層３０の電気抵抗の変化を安定して検出できる。そのため、ガスセンサ１００によれば、安定してガスを検出することができる。
なお、吸着材層３０は、実施形態１〜３で例示した形状を有していなくてもよい。吸着材層３０の形状は、ワイヤ状、柵状又はメッシュ状であってもよい。このとき、吸着材層３０は、第１の導電体２０及び第２の導電体２５のそれぞれを部分的に被覆している。そのため、ガスセンサが絶縁層４０を備えていなくても、吸着材層３０における電流の経路の数が少ない。このような吸着材層３０によれば、ガスセンサが絶縁層４０を備えていなくても、吸着材層３０の電気抵抗が大きく変化するため、より確実に、ガスを検出することができる。
本開示を実施例に基づき、具体的に説明する。ただし、本開示は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
（サンプル１）
まず、第１の導電体及び第２の導電体のそれぞれを基板の上に配置した。第１の導電体及び第２の導電体のそれぞれは、白金でできていた。基板としては、Ｓｉ基板を用いた。第１の導電体及び第２の導電体のそれぞれは、平面視で円弧の形状を有していた。第２の導電体は、第１の導電体を囲んでいた。
まず、第１の導電体及び第２の導電体のそれぞれを基板の上に配置した。第１の導電体及び第２の導電体のそれぞれは、白金でできていた。基板としては、Ｓｉ基板を用いた。第１の導電体及び第２の導電体のそれぞれは、平面視で円弧の形状を有していた。第２の導電体は、第１の導電体を囲んでいた。
次に、第１の導電体及び第２の導電体のそれぞれを絶縁層の前駆体層によって被覆した。前駆体層は、ＳｉＯ2でできていた。前駆体層に１つの第１の開口部及び１つの第２の開口部を設けることによって、絶縁層を作製した。第１の開口部及び第２の開口部のそれぞれは、平面視で円の形状を有していた。平面視での第１の開口部及び第２の開口部の直径は、それぞれ、５μｍであった。すなわち、平面視での第１の開口部及び第２の開口部の面積は、それぞれ、２０μｍ2であった。
次に、導電材料及び有機吸着材を含む分散液を絶縁層に塗布し、塗布膜を形成した。導電材料としては、カーボンブラックを用いた。有機吸着材としては、ポリエチレングリコールを用いた。塗布膜を乾燥させることによって吸着材層を形成した。吸着材層の重量に対する導電材料の重量の比率は、０．５であった。吸着材層は、平面視でリングの形状を有していた。このようにしてサンプル１のガスセンサを得た。
（サンプル２）
絶縁層の前駆体層に、４つの第１の開口部及び４つの第２の開口部を設けることによって、絶縁層を作製したことを除き、実施例１と同じ方法によって、サンプル２のガスセンサを得た。
絶縁層の前駆体層に、４つの第１の開口部及び４つの第２の開口部を設けることによって、絶縁層を作製したことを除き、実施例１と同じ方法によって、サンプル２のガスセンサを得た。
（サンプル３）
絶縁層の前駆体層に、８つの第１の開口部及び８つの第２の開口部を設けることによって、絶縁層を作製したことを除き、実施例１と同じ方法によって、サンプル３のガスセンサを得た。
絶縁層の前駆体層に、８つの第１の開口部及び８つの第２の開口部を設けることによって、絶縁層を作製したことを除き、実施例１と同じ方法によって、サンプル３のガスセンサを得た。
（サンプル４）
絶縁層の前駆体層に、１６個の第１の開口部及び１６個の第２の開口部を設けることによって、絶縁層を作製したことを除き、実施例１と同じ方法によって、サンプル４のガスセンサを得た。
絶縁層の前駆体層に、１６個の第１の開口部及び１６個の第２の開口部を設けることによって、絶縁層を作製したことを除き、実施例１と同じ方法によって、サンプル４のガスセンサを得た。
（サンプル５）
絶縁層を作製しなかったことを除き、実施例１と同じ方法によって、サンプル５のガスセンサを得た。
絶縁層を作製しなかったことを除き、実施例１と同じ方法によって、サンプル５のガスセンサを得た。
（電気抵抗の変化率の測定）
気体のノナナールが含まれた雰囲気下にサンプル１〜５を置き、サンプル１〜５のそれぞれの吸着材層の電気抵抗の変化率を測定した。吸着材層がノナナールを吸着する前の吸着材層の電気抵抗をＲ1と定義する。吸着材層がノナナールを吸着した後の吸着材層の電気抵抗Ｒ2と定義する。Ｒ1とＲ2との差をΔＲと定義する。電気抵抗の変化率Ｃ（％）は、ΔＲ／Ｒ1×１００によって算出される値である。ノナナールの濃度は、０．８ｐｐｍであった。
気体のノナナールが含まれた雰囲気下にサンプル１〜５を置き、サンプル１〜５のそれぞれの吸着材層の電気抵抗の変化率を測定した。吸着材層がノナナールを吸着する前の吸着材層の電気抵抗をＲ1と定義する。吸着材層がノナナールを吸着した後の吸着材層の電気抵抗Ｒ2と定義する。Ｒ1とＲ2との差をΔＲと定義する。電気抵抗の変化率Ｃ（％）は、ΔＲ／Ｒ1×１００によって算出される値である。ノナナールの濃度は、０．８ｐｐｍであった。
図９に示すように、サンプル１〜４のガスセンサは、サンプル５のガスセンサに比べて、高い変化率Ｃを有していた。図９のグラフの横軸は、第１の開口部の数を示している。サンプル５の変化率Ｃでは、十分にガスを検出できないことがある。図９からわかるとおり、本実施形態のガスセンサによれば、より確実に、ガスを検出することができる。
第１の開口部の数及び第２の開口部の数が少なければ少ないほど、吸着材層における電流の経路の数が減少する。図９のグラフは、吸着材層における電流の経路の数が少なければ少ないほど、吸着材層の電気抵抗の変化率Ｃが増加することを示している。ただし、サンプル１の測定結果からわかるとおり、第１の開口部の数及び第２の開口部の数が特定の値を下回ったとき、変化率Ｃの値は、かえって減少した。
（サンプル６）
第１の導電体及び第２の導電体として、平面視で矩形の形状を有する導電体をそれぞれ４つずつ用いたこと、複数の第１の導電体と複数の第２の導電体とを基板の厚み方向に直交する方向に交互に並べたこと、複数の第１の導電体のそれぞれに対して、１つの第１の開口部を設けたこと、複数の第２の導電体のそれぞれに対して、１つの第２の開口部を設けたこと、及び、吸着材層が平面視で矩形の形状を有していたことを除き、サンプル１と同じ方法によって、サンプル６のガスセンサを得た。
第１の導電体及び第２の導電体として、平面視で矩形の形状を有する導電体をそれぞれ４つずつ用いたこと、複数の第１の導電体と複数の第２の導電体とを基板の厚み方向に直交する方向に交互に並べたこと、複数の第１の導電体のそれぞれに対して、１つの第１の開口部を設けたこと、複数の第２の導電体のそれぞれに対して、１つの第２の開口部を設けたこと、及び、吸着材層が平面視で矩形の形状を有していたことを除き、サンプル１と同じ方法によって、サンプル６のガスセンサを得た。
（サンプル７）
第１の導電体及び第２の導電体として、平面視で矩形の形状を有する導電体をそれぞれ１つずつ用いたこと、第１の導電体に４つの第１の開口部を設けたこと、及び、第２の導電体に４つの第２の開口部を設けたことを除き、サンプル６と同じ方法によって、サンプル７のガスセンサを得た。
第１の導電体及び第２の導電体として、平面視で矩形の形状を有する導電体をそれぞれ１つずつ用いたこと、第１の導電体に４つの第１の開口部を設けたこと、及び、第２の導電体に４つの第２の開口部を設けたことを除き、サンプル６と同じ方法によって、サンプル７のガスセンサを得た。
（電気抵抗の変化率の測定）
気体のノナナールが含まれた雰囲気下にサンプル２、６及び７を置き、サンプル２、６及び７のそれぞれの吸着材層の電気抵抗の変化率Ｃ（％）を測定した。ノナナールの濃度は、０．８ｐｐｍであった。
気体のノナナールが含まれた雰囲気下にサンプル２、６及び７を置き、サンプル２、６及び７のそれぞれの吸着材層の電気抵抗の変化率Ｃ（％）を測定した。ノナナールの濃度は、０．８ｐｐｍであった。
図１０に示すように、サンプル２のガスセンサは、他のガスセンサに比べて、高い変化率Ｃを有していた。この結果から、吸着材層が平面視でリングの形状を有していること、複数の第１の開口部が円弧状に並んでいること、及び、複数の第２の開口部が円弧状に並んでいることが満たされた場合に、ガスセンサは、より確実に、ガスを検出することができることがわかる。
本明細書に開示された技術は、ガスの検出などに有用である。
Claims (13)
- 基板と、
前記基板の上に配置された第１の導電体及び第２の導電体と、
前記第１の導電体及び前記第２の導電体を被覆するとともに、前記第１の導電体の表面の一部を露出させる第１の開口部と、前記第２の導電体の表面の一部を露出させる第２の開口部とを有する絶縁層と、
導電材料と、ガスを吸着することができる有機吸着材とを含み、前記第１の開口部及び前記第２の開口部を通じて、前記第１の導電体及び前記第２の導電体のそれぞれに接触している吸着材層と、
を備えた、ガスセンサ。 - 前記絶縁層は、複数の前記第１の開口部及び複数の前記第２の開口部を有する、請求項１に記載のガスセンサ。
- 複数の前記第１の開口部が円弧状に並んでおり、
複数の前記第２の開口部が円弧状に並んでいる、請求項２に記載のガスセンサ。 - 前記吸着材層は、平面視で円又はリングの形状を有し、
前記吸着材層を平面視したとき、複数の前記第１の開口部は、前記吸着材層の外周縁によって規定された仮想円と同心の関係にある仮想円の上に位置し、
複数の前記第２の開口部は、前記吸着材層の前記外周縁によって規定された前記仮想円と同心の関係にある仮想円の上に位置する、請求項３に記載のガスセンサ。 - 複数の前記第１の開口部から選ばれる１つの前記第１の開口部と、複数の前記第２の開口部から選ばれる１つの前記第２の開口部とは、前記吸着材層の前記外周縁によって規定された前記仮想円の中心から放射状に延びている複数の仮想直線から選ばれる１つの前記仮想直線の上に位置する、請求項４に記載のガスセンサ。
- 複数の前記第１の開口部が直線状に並んでおり、
複数の前記第２の開口部が直線状に並んでいる、請求項２に記載のガスセンサ。 - 前記吸着材層は、平面視で矩形の形状を有し、
前記吸着材層を平面視したとき、複数の前記第１の開口部は、前記吸着材層の外周縁を構成する複数の輪郭線から選ばれる少なくとも１つの前記輪郭線が延びる方向に沿って並んでおり、
複数の前記第２の開口部は、複数の前記第１の開口部が並んでいる方向に沿って並んでいる、請求項６に記載のガスセンサ。 - 前記第１の開口部の全部が平面視で前記第１の導電体に重なっており、
前記第２の開口部の全部が平面視で前記第２の導電体に重なっている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガスセンサ。 - 前記有機吸着材は、ポリアルキレングリコール類、ポリエステル類、シリコーン類、グリセロール類、ニトリル類、ジカルボン酸モノエステル類及び脂肪族アミン類からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
- 前記導電材料は、カーボンブラックを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガスセンサ。
- 前記吸着材層の重量に対する前記カーボンブラックの重量の比率は、０．２５〜０．９５の範囲にある、請求項１０に記載のガスセンサ。
- 平面視での前記第１の開口部及び前記第２の開口部の面積は、それぞれ、０．２〜２０００μｍ2の範囲にある、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のガスセンサ。
- 前記第１の開口部及び前記第２の開口部のそれぞれが平面視で円の形状を有し、
前記第１の開口部及び前記第２の開口部の直径は、それぞれ、０．５〜５０μｍの範囲にある、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガスセンサ。
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