JPH1194784A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH1194784A JPH1194784A JP27531397A JP27531397A JPH1194784A JP H1194784 A JPH1194784 A JP H1194784A JP 27531397 A JP27531397 A JP 27531397A JP 27531397 A JP27531397 A JP 27531397A JP H1194784 A JPH1194784 A JP H1194784A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- conductive polymer
- sensitive film
- carbon black
- gas sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 有機溶媒系ガスと塩基性ガスとの両者に対し
て高い検出感度を有する。 【解決手段】 脱ドープした導電性高分子を溶かした溶
液にカーボンブラックを混ぜ、電極を形成した基板上に
塗布して感応膜を形成する。膜内では、カーボンブラッ
ク粒子３０を導電性高分子３１が取り囲んだ状態にあ
る。有機溶媒系のガス分子が吸着されると、導電性高分
子３１が膨潤して粒子の隣接間距離ｄが長くなる。この
ため、電子がホッピングしにくくなり抵抗率が上昇す
る。一方、塩基性ガス分子が吸着されると、導電性高分
子３１の主鎖にドーパントとして導入されるため、導電
性高分子の導電率が上昇する。
て高い検出感度を有する。 【解決手段】 脱ドープした導電性高分子を溶かした溶
液にカーボンブラックを混ぜ、電極を形成した基板上に
塗布して感応膜を形成する。膜内では、カーボンブラッ
ク粒子３０を導電性高分子３１が取り囲んだ状態にあ
る。有機溶媒系のガス分子が吸着されると、導電性高分
子３１が膨潤して粒子の隣接間距離ｄが長くなる。この
ため、電子がホッピングしにくくなり抵抗率が上昇す
る。一方、塩基性ガス分子が吸着されると、導電性高分
子３１の主鎖にドーパントとして導入されるため、導電
性高分子の導電率が上昇する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスセンサに関す
る。本発明に係るガスセンサは、例えばにおい成分を測
定するにおい測定装置に利用することができ、食品や香
料の品質検査、悪臭公害の定量測定、焦げ臭検知による
火災警報機、食品や香料の品質検査、更には、人物の追
跡、識別、認証や薬物検査等の犯罪捜査等の、幅広い分
野に用いることができる。
る。本発明に係るガスセンサは、例えばにおい成分を測
定するにおい測定装置に利用することができ、食品や香
料の品質検査、悪臭公害の定量測定、焦げ臭検知による
火災警報機、食品や香料の品質検査、更には、人物の追
跡、識別、認証や薬物検査等の犯罪捜査等の、幅広い分
野に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】においセンサは、空気（又は供給された
ガス）中に含まれるにおい成分がセンサの感応面に付着
することにより生ずる該センサの物理的変化を電気的
（又は光学的）に測定するものである。
ガス）中に含まれるにおい成分がセンサの感応面に付着
することにより生ずる該センサの物理的変化を電気的
（又は光学的）に測定するものである。
【０００３】上記においセンサとして、従来、感応膜に
金属酸化物半導体を用い、その抵抗値変化を利用するも
のが実用化されている。また、このセンサを複数用いた
「電子鼻」と呼ばれるものが、仏国プライムテック社に
て商品化されている。この種のにおいセンサでは、感応
膜を高温（３５０℃以上）に加熱し、該膜表面に付着し
たにおい成分との間で酸化還元反応を生じさせる。この
過程で電子の移動が起こり、感応膜中の電子密度や空乏
層の厚さが変化して電気抵抗が変化する。
金属酸化物半導体を用い、その抵抗値変化を利用するも
のが実用化されている。また、このセンサを複数用いた
「電子鼻」と呼ばれるものが、仏国プライムテック社に
て商品化されている。この種のにおいセンサでは、感応
膜を高温（３５０℃以上）に加熱し、該膜表面に付着し
たにおい成分との間で酸化還元反応を生じさせる。この
過程で電子の移動が起こり、感応膜中の電子密度や空乏
層の厚さが変化して電気抵抗が変化する。
【０００４】従って、金属酸化物半導体の感応膜を利用
したにおいセンサでは、酸化還元反応を生じる物質のみ
しか検出することができず、また、上記温度で熱分解す
る物質は検出できない等、対象物質が極めて限定されて
いた。また、分析時にセンサが上記動作温度まで上昇し
て安定するのを待たなければならず、特に、繰り返し測
定時に長い測定時間を要していた。更には、感応膜表面
の状態が比較的不安定であるため、経時変化が大きく、
信頼性に乏しいという問題もあった。
したにおいセンサでは、酸化還元反応を生じる物質のみ
しか検出することができず、また、上記温度で熱分解す
る物質は検出できない等、対象物質が極めて限定されて
いた。また、分析時にセンサが上記動作温度まで上昇し
て安定するのを待たなければならず、特に、繰り返し測
定時に長い測定時間を要していた。更には、感応膜表面
の状態が比較的不安定であるため、経時変化が大きく、
信頼性に乏しいという問題もあった。
【０００５】これに対し、例えば特開昭６１−１４７１
４５号公報、或いはペルソード、ペロシによる「センサ
・アレイズ・ユージング・コンダクティング・ポリマー
ズ・フォー・アン・アーティフィシャル・ノーズ」セン
サズ・アンド・センサリー・システムズ・フォー・アン
・エレクトロニック・ノーズ（１９９２）（K.C.Persau
d、P.Pelosi, "Sensor Arrays Using Conducting Polym
ers for an Artificial Nose", Sensors and Sensory S
ystems for an Electronic Nose, pp.237-256.(1992)）
等の文献には、導電性高分子を利用したガスセンサが提
案されている。また、感応膜にポリピロールを主体とし
た導電性高分子を用い、その抵抗値変化を利用するにお
いセンサが英国アロマスキャン社及びネオトロニクス社
にて商品化されている。このようなセンサでは、感応膜
を常温に維持したまま分析を行なうことができる。
４５号公報、或いはペルソード、ペロシによる「センサ
・アレイズ・ユージング・コンダクティング・ポリマー
ズ・フォー・アン・アーティフィシャル・ノーズ」セン
サズ・アンド・センサリー・システムズ・フォー・アン
・エレクトロニック・ノーズ（１９９２）（K.C.Persau
d、P.Pelosi, "Sensor Arrays Using Conducting Polym
ers for an Artificial Nose", Sensors and Sensory S
ystems for an Electronic Nose, pp.237-256.(1992)）
等の文献には、導電性高分子を利用したガスセンサが提
案されている。また、感応膜にポリピロールを主体とし
た導電性高分子を用い、その抵抗値変化を利用するにお
いセンサが英国アロマスキャン社及びネオトロニクス社
にて商品化されている。このようなセンサでは、感応膜
を常温に維持したまま分析を行なうことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記ペルソードらによ
る文献では、導電性高分子に適当なドーパントを導入し
て導電率を調整した感応膜が用いられている。しかしな
がら、このような感応膜は塩基性（又は酸性）ガスに対
して高い感度を示すものの、ガス分子がドーパントと反
応して塩化合物を生成してしまうため、分析を重ねる毎
に導電性高分子の抵抗率が増加し、ひいては検出感度が
変化する。また、トルエン等の極性の低い有機溶媒系の
ガスに対しては、電気伝導に関連する結合が原理的に生
じにくいため、極めて検出感度が低い。
る文献では、導電性高分子に適当なドーパントを導入し
て導電率を調整した感応膜が用いられている。しかしな
がら、このような感応膜は塩基性（又は酸性）ガスに対
して高い感度を示すものの、ガス分子がドーパントと反
応して塩化合物を生成してしまうため、分析を重ねる毎
に導電性高分子の抵抗率が増加し、ひいては検出感度が
変化する。また、トルエン等の極性の低い有機溶媒系の
ガスに対しては、電気伝導に関連する結合が原理的に生
じにくいため、極めて検出感度が低い。
【０００７】一方、ロナーガンらの「アレイ−ベイスド
・ベイパー・センシング・ユージング・ケミカリイ・セ
ンシティブ、カーボン・ブラック−ポリマー・レジスタ
ズ」ケミカル・マテリアル、ボリューム８、Ｎｏ．９
（１９９６）（Mark C.Lonergan,et al. "Array-Based
Vapor Sensing Using Chemically Sensitive, Carbon B
lack-Polymer Resistors", Chem. Mater.. Vol.8, No.
9,pp.2298-2312(1996)）では、カーボンブラックと絶縁
性の有機高分子とを混合して感応膜を形成したにおいセ
ンサが提案されている。この感応膜では、微粒子状のカ
ーボンブラックが電気伝導に寄与しており、カーボンブ
ラックを取り囲む絶縁性高分子が有機溶媒系のガス分子
を取り込んで膨潤した際に発生するパーコレーション効
果による抵抗率の変化を検出することによりガスを検出
している。このため、絶縁性高分子に膨潤を与えない塩
基性又は酸性のガスに対しては極めて検出感度が低い。
・ベイパー・センシング・ユージング・ケミカリイ・セ
ンシティブ、カーボン・ブラック−ポリマー・レジスタ
ズ」ケミカル・マテリアル、ボリューム８、Ｎｏ．９
（１９９６）（Mark C.Lonergan,et al. "Array-Based
Vapor Sensing Using Chemically Sensitive, Carbon B
lack-Polymer Resistors", Chem. Mater.. Vol.8, No.
9,pp.2298-2312(1996)）では、カーボンブラックと絶縁
性の有機高分子とを混合して感応膜を形成したにおいセ
ンサが提案されている。この感応膜では、微粒子状のカ
ーボンブラックが電気伝導に寄与しており、カーボンブ
ラックを取り囲む絶縁性高分子が有機溶媒系のガス分子
を取り込んで膨潤した際に発生するパーコレーション効
果による抵抗率の変化を検出することによりガスを検出
している。このため、絶縁性高分子に膨潤を与えない塩
基性又は酸性のガスに対しては極めて検出感度が低い。
【０００８】このように、従来知られているにおいセン
サは、塩基性（又は酸性）のガスと有機溶媒系のガスの
いずれかに対してしか、実用性のある高い検出感度をも
たない。このため、より幅広い物質に対して高い検出感
度を有するものが要望されている。本発明はこのような
課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするとこ
ろは、有機溶媒系ガス及び塩基性（又は酸性）ガスとも
に高感度で検出することができ、且つ長期間に亘り安定
した検出感度を維持することができるガスセンサを提供
することにある。
サは、塩基性（又は酸性）のガスと有機溶媒系のガスの
いずれかに対してしか、実用性のある高い検出感度をも
たない。このため、より幅広い物質に対して高い検出感
度を有するものが要望されている。本発明はこのような
課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするとこ
ろは、有機溶媒系ガス及び塩基性（又は酸性）ガスとも
に高感度で検出することができ、且つ長期間に亘り安定
した検出感度を維持することができるガスセンサを提供
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、絶縁基板上に形成した二個以上の
電極間に感応膜を設け、該感応膜にガス中の対象成分が
付着した際の前記電極間の抵抗変化を測定するガスセン
サにおいて、前記感応膜は、微粒子状の導電性物質とド
ープ量が少なく導電率の低い導電性高分子との混合物か
ら成ることを特徴としている。
に成された本発明は、絶縁基板上に形成した二個以上の
電極間に感応膜を設け、該感応膜にガス中の対象成分が
付着した際の前記電極間の抵抗変化を測定するガスセン
サにおいて、前記感応膜は、微粒子状の導電性物質とド
ープ量が少なく導電率の低い導電性高分子との混合物か
ら成ることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明に係るガスセンサでは、微
粒子状の導電性物質（以下「導電性粒子」という）とし
ては例えばカーボンブラックや粒子状の導電性高分子等
を利用することができる。
粒子状の導電性物質（以下「導電性粒子」という）とし
ては例えばカーボンブラックや粒子状の導電性高分子等
を利用することができる。
【００１１】このガスセンサの感応膜中の導電性高分子
は、電解重合法又は酸化重合法等の重合の過程で取り込
まれるドーパントの多くが強制的に取り除かれ又は不活
性化されている。このため、その導電性高分子の導電率
は比較的低くなっている。従って、測定ガスに晒さない
状態での感応膜の電気伝導は、導電性粒子の隣接粒子間
の電子（キャリア）のホッピングが支配的である。
は、電解重合法又は酸化重合法等の重合の過程で取り込
まれるドーパントの多くが強制的に取り除かれ又は不活
性化されている。このため、その導電性高分子の導電率
は比較的低くなっている。従って、測定ガスに晒さない
状態での感応膜の電気伝導は、導電性粒子の隣接粒子間
の電子（キャリア）のホッピングが支配的である。
【００１２】この感応膜がトルエン等の有機溶媒系のガ
スに暴露されると、そのガス分子が導電性高分子に膨潤
を与え、導電性高分子の体積が顕著に増加する。する
と、隣接する導電性粒子間の距離が遠くなり、電子がホ
ッピングしにくくなる。すなわち、パーコレーション効
果により、電極間の抵抗が増加する。一方、この感応膜
が塩基性（又は酸性）のガスに暴露されると、導電性高
分子の空いているドーピングサイトにそのガス分子が入
り込み、ドーパントとして作用する。このため、導電性
高分子の導電率が高まり、電極間の抵抗が下がる。この
ように、有機溶媒系のガスと塩基性（又は酸性）のガス
の両者に対して、それぞれ異なるメカニズムにより電気
抵抗が変化するので、いずれのガスも高感度に検出する
ことができる。
スに暴露されると、そのガス分子が導電性高分子に膨潤
を与え、導電性高分子の体積が顕著に増加する。する
と、隣接する導電性粒子間の距離が遠くなり、電子がホ
ッピングしにくくなる。すなわち、パーコレーション効
果により、電極間の抵抗が増加する。一方、この感応膜
が塩基性（又は酸性）のガスに暴露されると、導電性高
分子の空いているドーピングサイトにそのガス分子が入
り込み、ドーパントとして作用する。このため、導電性
高分子の導電率が高まり、電極間の抵抗が下がる。この
ように、有機溶媒系のガスと塩基性（又は酸性）のガス
の両者に対して、それぞれ異なるメカニズムにより電気
抵抗が変化するので、いずれのガスも高感度に検出する
ことができる。
【００１３】なお、膨潤を与えたガス分子は、不活性な
ガスを感応膜表面に流すことにより比較的簡単に除去す
ることができる。また、導電性高分子にドーパントとし
て入り込んだガス分子は比較的強く導電性高分子の主鎖
に結合するが、感応膜の温度を上昇させつつ、不活性な
ガスを感応膜表面に流す又は中和するガスを作用させる
ことにより、上記ガス分子を除去又は不活性化して感応
膜を元の状態に復帰させることができる。
ガスを感応膜表面に流すことにより比較的簡単に除去す
ることができる。また、導電性高分子にドーパントとし
て入り込んだガス分子は比較的強く導電性高分子の主鎖
に結合するが、感応膜の温度を上昇させつつ、不活性な
ガスを感応膜表面に流す又は中和するガスを作用させる
ことにより、上記ガス分子を除去又は不活性化して感応
膜を元の状態に復帰させることができる。
【００１４】
【発明の効果】このように、本発明に係るガスセンサで
は、それぞれ異なるメカニズムによって、有機溶媒系の
ガス及び塩基性（又は酸性）のガスのいずれに対しても
感応膜の抵抗変化が生じる。このため、従来よりも幅広
い種類のガスを高い感度をもって検出することができ
る。また、一旦感応膜に取り込まれたガス分子は容易に
離脱させることができるので、繰り返しの測定において
も安定した検出感度を維持することができる。
は、それぞれ異なるメカニズムによって、有機溶媒系の
ガス及び塩基性（又は酸性）のガスのいずれに対しても
感応膜の抵抗変化が生じる。このため、従来よりも幅広
い種類のガスを高い感度をもって検出することができ
る。また、一旦感応膜に取り込まれたガス分子は容易に
離脱させることができるので、繰り返しの測定において
も安定した検出感度を維持することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明に係るガスセンサの一実施例を
説明する。図１は、本実施例のガスセンサ１０の構造の
一例を示す平面図（ａ）、その平面図のＡ部分の拡大図
（ｂ）及び断面図（ｃ）である。ガラス等の絶縁体材料
から成る基板１１上に金等の金属から成る厚さ約１５０
ｎｍの電極１２ａ、１２ｂが５μｍ間隔の櫛形状に形成
されており、該電極１２ａ、１２ｂにリード線１３ａ、
１３ｂが接続されている。基板１１上には、電極１２
ａ、１２ｂを被覆して後述のような方法により作成され
る感応膜１４が設けられている。
説明する。図１は、本実施例のガスセンサ１０の構造の
一例を示す平面図（ａ）、その平面図のＡ部分の拡大図
（ｂ）及び断面図（ｃ）である。ガラス等の絶縁体材料
から成る基板１１上に金等の金属から成る厚さ約１５０
ｎｍの電極１２ａ、１２ｂが５μｍ間隔の櫛形状に形成
されており、該電極１２ａ、１２ｂにリード線１３ａ、
１３ｂが接続されている。基板１１上には、電極１２
ａ、１２ｂを被覆して後述のような方法により作成され
る感応膜１４が設けられている。
【００１６】上記ガスセンサ１０の製造方法の一例は次
の通りである。まず、基板１１上に周知のリフトオフ法
によって電極１２ａ、１２ｂを形成する。次に、感応膜
を構成する導電性高分子が溶解し且つ導電性粒子が混合
している溶液を、その電極１２ａ、１２ｂを被覆するよ
うに塗布することにより感応膜１４を形成する。
の通りである。まず、基板１１上に周知のリフトオフ法
によって電極１２ａ、１２ｂを形成する。次に、感応膜
を構成する導電性高分子が溶解し且つ導電性粒子が混合
している溶液を、その電極１２ａ、１２ｂを被覆するよ
うに塗布することにより感応膜１４を形成する。
【００１７】具体的には、本実施例では、導電性粒子と
してカーボンブラックを用い、導電性高分子にポリアル
キルチオフェンの中でアルキル鎖長が６である物質（ポ
リ−３−ヘキシルチオフェン＝以下「ＰＡＴ」という）
を用いる。このＰＡＴは、チオフェンＣ4Ｈ4Ｓの３位を
ヘキシル基Ｃ6Ｈ13に置換した３−ヘキシルチオフェン
（東京化成社製）を酸化重合法で重合することにより作
成する。この重合の過程で酸化剤がドーパントとしてＰ
ＡＴ中に導入される。そこで、次にメタノールに通す等
の方法により脱ドープ処理を行ない、ＰＡＴに一旦導入
されたドーパントを引き抜く。そして、この脱ドープさ
れたＰＡＴをクロロホルム溶媒に溶解し、濃度０．１ｍ
ｏｌ／Ｌの溶液を作成する。
してカーボンブラックを用い、導電性高分子にポリアル
キルチオフェンの中でアルキル鎖長が６である物質（ポ
リ−３−ヘキシルチオフェン＝以下「ＰＡＴ」という）
を用いる。このＰＡＴは、チオフェンＣ4Ｈ4Ｓの３位を
ヘキシル基Ｃ6Ｈ13に置換した３−ヘキシルチオフェン
（東京化成社製）を酸化重合法で重合することにより作
成する。この重合の過程で酸化剤がドーパントとしてＰ
ＡＴ中に導入される。そこで、次にメタノールに通す等
の方法により脱ドープ処理を行ない、ＰＡＴに一旦導入
されたドーパントを引き抜く。そして、この脱ドープさ
れたＰＡＴをクロロホルム溶媒に溶解し、濃度０．１ｍ
ｏｌ／Ｌの溶液を作成する。
【００１８】その後に、この溶液にカーボンブラック
（Cabot社製BP2000）をＰＡＴに対する重量比が１／４
となるように混入する。そして、これを充分に振動攪拌
した後、直ちに基板１１上にスピンコート法にて塗布
し、膜厚約３００ｎｍの膜体を形成する。このような膜
体を形成するには、例えば、回転数１５００ｒｐｍで１
０秒間スピナーを作動させるとよい。その後、形成した
膜体をアセトンで洗浄し、１時間真空乾燥を行なう。
（Cabot社製BP2000）をＰＡＴに対する重量比が１／４
となるように混入する。そして、これを充分に振動攪拌
した後、直ちに基板１１上にスピンコート法にて塗布
し、膜厚約３００ｎｍの膜体を形成する。このような膜
体を形成するには、例えば、回転数１５００ｒｐｍで１
０秒間スピナーを作動させるとよい。その後、形成した
膜体をアセトンで洗浄し、１時間真空乾燥を行なう。
【００１９】このようにして形成された感応膜の粒子レ
ベルの構造の概念図を図２（ａ）に示す。すなわち、カ
ーボンブラック粒子３０をＰＡＴ集合体３１が取り囲ん
でいる。このＰＡＴにはドーパントが殆ど残っていない
ので、ＰＡＴ自体の導電率は比較的低くなっている。従
って、この感応膜１４の電気伝導は、主として、隣接す
るカーボンブラック粒子３０の間を電子が移動してゆく
ことに依存している。カーボンブラック粒子３０の隣接
間距離ｄが短ければ電子が移動し易いから、ＰＡＴに対
してカーボンブラックの混入割合が多いほど導電率は高
くなる。
ベルの構造の概念図を図２（ａ）に示す。すなわち、カ
ーボンブラック粒子３０をＰＡＴ集合体３１が取り囲ん
でいる。このＰＡＴにはドーパントが殆ど残っていない
ので、ＰＡＴ自体の導電率は比較的低くなっている。従
って、この感応膜１４の電気伝導は、主として、隣接す
るカーボンブラック粒子３０の間を電子が移動してゆく
ことに依存している。カーボンブラック粒子３０の隣接
間距離ｄが短ければ電子が移動し易いから、ＰＡＴに対
してカーボンブラックの混入割合が多いほど導電率は高
くなる。
【００２０】図２（ａ）のような構造を有する感応膜の
表面に、有機溶媒系のガス分子が吸着されると、図２
（ｂ）に示すように、ＰＡＴ集合体３１がそのガス分子
３２を取り込んで膨潤し、その体積が顕著に増加する。
すると、膨潤しＰＡＴ集合体３１に押されてカーボンブ
ラック粒子３０の隣接間距離ｄが長くなる。このため、
カーボンブラック粒子３０間を電子が移動しにくくな
り、抵抗率が上昇する。
表面に、有機溶媒系のガス分子が吸着されると、図２
（ｂ）に示すように、ＰＡＴ集合体３１がそのガス分子
３２を取り込んで膨潤し、その体積が顕著に増加する。
すると、膨潤しＰＡＴ集合体３１に押されてカーボンブ
ラック粒子３０の隣接間距離ｄが長くなる。このため、
カーボンブラック粒子３０間を電子が移動しにくくな
り、抵抗率が上昇する。
【００２１】なお、導電性粒子の割合が多過ぎると、導
電性高分子の膨潤の影響を受けにくく、上記のようなパ
ーコレーション効果が発揮されない。通常、導電性粒子
がほぼ球形である場合には、導電性粒子の割合が全体の
約２０％程度であるときに最もパーコレーション効果が
有効である。また、導電性粒子の割合が全体の約１０〜
３０％程度であれば、パーコレーション効果がかなり有
効であると言える。更に、導電性粒子が鋭角形状等、種
々の形状である場合には、パーコレーション効果の有効
範囲が変化するので、概略的には導電性粒子の割合が全
体の約５〜５０％程度であれば、パーコレーション効果
を利用した抵抗変化を検出することができる。
電性高分子の膨潤の影響を受けにくく、上記のようなパ
ーコレーション効果が発揮されない。通常、導電性粒子
がほぼ球形である場合には、導電性粒子の割合が全体の
約２０％程度であるときに最もパーコレーション効果が
有効である。また、導電性粒子の割合が全体の約１０〜
３０％程度であれば、パーコレーション効果がかなり有
効であると言える。更に、導電性粒子が鋭角形状等、種
々の形状である場合には、パーコレーション効果の有効
範囲が変化するので、概略的には導電性粒子の割合が全
体の約５〜５０％程度であれば、パーコレーション効果
を利用した抵抗変化を検出することができる。
【００２２】一方、上記感応膜の分子レベルの構造の概
念図を図３（ａ）に示す。すなわち、ＰＡＴは脱ドープ
されているため、ＰＡＴ主鎖４０のドーピングサイトに
は殆どドーパント４１が入っておらず、空き状態４２に
なっている。このような感応膜に塩基性（又は酸性）の
ガス分子が吸着されると、図３（ｂ）に示すように、そ
のガス分子４３が空き状態４２のドーピングサイトに導
入され、ドーパントとして作用する。このため、ＰＡＴ
の導電率が高まり、感応膜の抵抗は減少する。
念図を図３（ａ）に示す。すなわち、ＰＡＴは脱ドープ
されているため、ＰＡＴ主鎖４０のドーピングサイトに
は殆どドーパント４１が入っておらず、空き状態４２に
なっている。このような感応膜に塩基性（又は酸性）の
ガス分子が吸着されると、図３（ｂ）に示すように、そ
のガス分子４３が空き状態４２のドーピングサイトに導
入され、ドーパントとして作用する。このため、ＰＡＴ
の導電率が高まり、感応膜の抵抗は減少する。
【００２３】図４は、上記ガスセンサ１０のガス応答を
調べるための評価装置の構成図である。清浄空気の流路
２０には、バルブ２１、フローセル２３、ポンプ２４が
設けられ、該ポンプ２４の吸引によって流路２０に清浄
空気が流通する。バルブ２１には試料容器２２に連なる
ガス流路が接続されており、バルブ２１の操作により清
浄空気中に適宜量の試料ガスが混入されるようにしてい
る。フローセル２３内には上記ガスセンサ１０が配置さ
れ、該センサ１０の電極の抵抗変化を抵抗計２５にて測
定する。
調べるための評価装置の構成図である。清浄空気の流路
２０には、バルブ２１、フローセル２３、ポンプ２４が
設けられ、該ポンプ２４の吸引によって流路２０に清浄
空気が流通する。バルブ２１には試料容器２２に連なる
ガス流路が接続されており、バルブ２１の操作により清
浄空気中に適宜量の試料ガスが混入されるようにしてい
る。フローセル２３内には上記ガスセンサ１０が配置さ
れ、該センサ１０の電極の抵抗変化を抵抗計２５にて測
定する。
【００２４】まず、乾燥剤（シリカゲル）、活性炭及び
モレキュラシーブスを通過した後の清浄空気を２００ｍ
Ｌ／分の流速で１０秒間流し、これによりセンサ１０の
感応膜に付着している不純物を脱離させて除去する。そ
の後、清浄空気に試料成分を混入させたガスを同じ流速
で３０秒間流す。そして、最後に再び清浄空気のみを流
す。上記手順の間に、ガスセンサ１０の電極間の抵抗を
抵抗計２５により連続的に測定する。
モレキュラシーブスを通過した後の清浄空気を２００ｍ
Ｌ／分の流速で１０秒間流し、これによりセンサ１０の
感応膜に付着している不純物を脱離させて除去する。そ
の後、清浄空気に試料成分を混入させたガスを同じ流速
で３０秒間流す。そして、最後に再び清浄空気のみを流
す。上記手順の間に、ガスセンサ１０の電極間の抵抗を
抵抗計２５により連続的に測定する。
【００２５】図５〜図７は、それぞれトルエン、トリメ
チルアミン及び酪酸を測定対象成分としたときのガスセ
ンサ１０の応答特性の実測結果を示すグラフである。前
の２つはいわゆる有機溶媒系のガスであり、他の１つは
いわゆる塩基性ガスである。図５及び図６に示したよう
に、１０秒経過後にトルエン及びトリメチルアミンガス
が流れ始めると即座に抵抗値が上昇する。また、４０秒
経過後に清浄空気に切り替えた後には、抵抗値は速やか
に減少に転じ、元の抵抗値に近いレベルに復帰する。つ
まり、検出の応答速度は極めて迅速である。また、試料
成分の有無に対する抵抗値の差異は大きいので、検出感
度も高く、微量成分の検出にも有効であることがわか
る。
チルアミン及び酪酸を測定対象成分としたときのガスセ
ンサ１０の応答特性の実測結果を示すグラフである。前
の２つはいわゆる有機溶媒系のガスであり、他の１つは
いわゆる塩基性ガスである。図５及び図６に示したよう
に、１０秒経過後にトルエン及びトリメチルアミンガス
が流れ始めると即座に抵抗値が上昇する。また、４０秒
経過後に清浄空気に切り替えた後には、抵抗値は速やか
に減少に転じ、元の抵抗値に近いレベルに復帰する。つ
まり、検出の応答速度は極めて迅速である。また、試料
成分の有無に対する抵抗値の差異は大きいので、検出感
度も高く、微量成分の検出にも有効であることがわか
る。
【００２６】一方、図７に示したように、１０秒経過後
に酪酸を含むガスが供給されると抵抗値は減少する。ま
た、４０秒経過後に清浄空気に切り替えた後には、抵抗
値は上昇に転じる。この場合、清浄空気を供給し続けた
だけでは元の抵抗値に近いレベルにまで回復させること
はむずかしい。そこで、測定時には約４０℃程度である
感応膜の温度を、１００〜１８０℃程度の温度まで加熱
した状態で清浄空気を流すとよい。これにより、ＰＡＴ
の主鎖とドーパントとして導入されたガス分子との結合
が弱まり、清浄空気により運び去られて元の状態に回復
する。
に酪酸を含むガスが供給されると抵抗値は減少する。ま
た、４０秒経過後に清浄空気に切り替えた後には、抵抗
値は上昇に転じる。この場合、清浄空気を供給し続けた
だけでは元の抵抗値に近いレベルにまで回復させること
はむずかしい。そこで、測定時には約４０℃程度である
感応膜の温度を、１００〜１８０℃程度の温度まで加熱
した状態で清浄空気を流すとよい。これにより、ＰＡＴ
の主鎖とドーパントとして導入されたガス分子との結合
が弱まり、清浄空気により運び去られて元の状態に回復
する。
【００２７】なお、上記実施例において、ガスセンサの
形状や寸法等は適宜に変えることができる。また、製造
時の濃度等の各数値も適宜に変えることができる。
形状や寸法等は適宜に変えることができる。また、製造
時の濃度等の各数値も適宜に変えることができる。
【図１】 本発明の一実施例であるガスセンサの構成
図。
図。
【図２】 本実施例の感応膜の粒子レベルの構造の概念
図。
図。
【図３】 本実施例の感応膜の分子レベルの構造の概念
図。
図。
【図４】 ガスセンサの評価装置の構成図。
【図５】 本実施例のガスセンサの応答特性を示すグラ
フ。
フ。
【図６】 本実施例のガスセンサの応答特性を示すグラ
フ。
フ。
【図７】 本実施例のガスセンサの応答特性を示すグラ
フ。
フ。
１１…基板 １２ａ、１２ｂ…
電極 １４…感応膜 ３０…カーボンブラック粒子 ３１…ＰＡＴ集合
体 ３２、４３…ガス分子 ４０…ＰＡＴ主鎖 ４１…ドーパント ４２…空き状態のドーピングサイト
電極 １４…感応膜 ３０…カーボンブラック粒子 ３１…ＰＡＴ集合
体 ３２、４３…ガス分子 ４０…ＰＡＴ主鎖 ４１…ドーパント ４２…空き状態のドーピングサイト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 佳弘 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所三条工場内 (72)発明者 九山 浩樹 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所三条工場内 (72)発明者 吉野 勝美 大阪府岸和田市尾生町166−３
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁基板上に形成した二個以上の電極間
に感応膜を設け、該感応膜にガス中の対象成分が付着し
た際の前記電極間の抵抗変化を測定するガスセンサにお
いて、前記感応膜は、微粒子状の導電性物質とドープ量
が少なく導電率の低い導電性高分子との混合物から成る
ことを特徴とするガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27531397A JP3726447B2 (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27531397A JP3726447B2 (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1194784A true JPH1194784A (ja) | 1999-04-09 |
| JP3726447B2 JP3726447B2 (ja) | 2005-12-14 |
Family
ID=17553712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27531397A Expired - Fee Related JP3726447B2 (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3726447B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6962675B2 (en) | 1999-05-10 | 2005-11-08 | California Institute Of Technology | Use of spatiotemporal response behavior in sensor arrays to detect analytes in fluids |
| US7122152B2 (en) | 1999-05-10 | 2006-10-17 | University Of Florida | Spatiotemporal and geometric optimization of sensor arrays for detecting analytes fluids |
| JP2008547032A (ja) * | 2005-06-28 | 2008-12-25 | ジーメンス ヴィディーオー オートモーティヴ アクチエンゲゼルシャフト | 煤を検出するためのセンサおよび作動方法 |
| JP2011145095A (ja) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Kanazawa Inst Of Technology | ガスセンサ用材料、ガスセンサ、ガスセンサの製造方法およびガス検出方法 |
| US8394330B1 (en) * | 1998-10-02 | 2013-03-12 | The California Institute Of Technology | Conductive organic sensors, arrays and methods of use |
| CN106133509A (zh) * | 2014-03-25 | 2016-11-16 | 宝洁公司 | 用于感测材料应变的设备 |
| CN106164660A (zh) * | 2014-03-25 | 2016-11-23 | 宝洁公司 | 用于感测环境变化的设备 |
| WO2022196723A1 (ja) * | 2021-03-19 | 2022-09-22 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 感応膜及びガスセンサ |
-
1997
- 1997-09-22 JP JP27531397A patent/JP3726447B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8394330B1 (en) * | 1998-10-02 | 2013-03-12 | The California Institute Of Technology | Conductive organic sensors, arrays and methods of use |
| US6962675B2 (en) | 1999-05-10 | 2005-11-08 | California Institute Of Technology | Use of spatiotemporal response behavior in sensor arrays to detect analytes in fluids |
| US7122152B2 (en) | 1999-05-10 | 2006-10-17 | University Of Florida | Spatiotemporal and geometric optimization of sensor arrays for detecting analytes fluids |
| US7595023B2 (en) | 1999-05-10 | 2009-09-29 | The California Institute Of Technology | Spatiotemporal and geometric optimization of sensor arrays for detecting analytes in fluids |
| JP2008547032A (ja) * | 2005-06-28 | 2008-12-25 | ジーメンス ヴィディーオー オートモーティヴ アクチエンゲゼルシャフト | 煤を検出するためのセンサおよび作動方法 |
| JP4773517B2 (ja) * | 2005-06-28 | 2011-09-14 | ジーメンス ヴィディーオー オートモーティヴ アクチエンゲゼルシャフト | 煤を検出するためのセンサおよび作動方法 |
| EP1896838B1 (de) * | 2005-06-28 | 2018-01-10 | Continental Automotive GmbH | SENSOR UND BETRIEBSVERFAHREN ZUR DETEKTION VON RUß |
| JP2011145095A (ja) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Kanazawa Inst Of Technology | ガスセンサ用材料、ガスセンサ、ガスセンサの製造方法およびガス検出方法 |
| CN106133509A (zh) * | 2014-03-25 | 2016-11-16 | 宝洁公司 | 用于感测材料应变的设备 |
| CN106164660A (zh) * | 2014-03-25 | 2016-11-23 | 宝洁公司 | 用于感测环境变化的设备 |
| WO2022196723A1 (ja) * | 2021-03-19 | 2022-09-22 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 感応膜及びガスセンサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3726447B2 (ja) | 2005-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4238715B2 (ja) | 電気化学測定用電極 | |
| AU660982B2 (en) | Sensors based on nano-structured composite films | |
| Partridge et al. | Conducting polymer-based sensors | |
| RU97117939A (ru) | Матричный датчик для обнаружения аналитов в жидкостях | |
| Su et al. | Humidity sensing and electrical properties of a composite material of nano-sized SiO2 and poly (2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate) | |
| Rauen et al. | Humidity sensor based on conductivity measurements of a poly (dimethyldiallylammonium chloride) polymer film | |
| JPH1194784A (ja) | ガスセンサ | |
| Harsányi | Polymeric sensing films: new horizons in sensorics? | |
| JP4041063B2 (ja) | ナノワイヤフィラメント | |
| CN105044162A (zh) | 一种高分子基电阻型湿敏元件及其制备方法 | |
| Bartlett et al. | Odour sensors for an electronic nose | |
| EP1141690A1 (en) | Aligned particle based sensor elements | |
| Kumpf et al. | P3HT and PEDOT: PSS printed thin films on chemiresistors: An economic and versatile tool for ammonia and humidity monitoring applications | |
| JP3755247B2 (ja) | においセンサ | |
| US20040029288A1 (en) | Nonlinear gold nanocluster chemical vapor sensor | |
| EP0056339A1 (en) | A method of producing a stannic oxide type gas-detecting device | |
| JP3724143B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JP3767113B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JP3726446B2 (ja) | ガスセンサ | |
| Penco et al. | Use of compatible blends to fabricate carbon black composite vapor detectors | |
| JPH11264808A (ja) | ガスセンサユニット | |
| US20080093693A1 (en) | Nanowire sensor with variant selectively interactive segments | |
| JP3988321B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JPH11248662A (ja) | ガスセンサの製造方法 | |
| JPH06148115A (ja) | ガスセンサー |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040428 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050426 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050531 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050727 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050906 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050919 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081007 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091007 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091007 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101007 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111007 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111007 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121007 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121007 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131007 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |