JPS62168042A - 薄膜感湿素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜感湿素子に関する。更に詳しくは、高感
度で高応答性を有する薄膜感湿素子に関する。

〔従来の技術〕

空気中の相対湿度の制御は、精密工業、食品工業、繊維
工業、ビル管理上などで大変重要であり、それを検知す
る感湿素子としては、従来法のような材料を用いたもの
が知られている。

（１）Ｓｅ、　Ｇｅ、　ＳＬなどの金属あるいは半導体
（２）Ｓｎ、Ｆｅ、　Ｔｉなどの金属の酸化物（３）Ａ
Ｍ２０．などの多孔質金属酸化物（４）ＬｉＣＱなどの
電解質塩 （５）有機または無機材料からなる高分子膜しかしなが
ら、これらの各種材料を用いた感湿素子は、いずれも保
守が大変であったり、あるいは信頼性や応答性に問題が
あるなど、満足される状態にはない。

例えば、上記（２）の金属酸化物を用いる場合には、そ
れの成形にプレスや焼結が行われるが、均質なプレスが
困難であったりあるいは焼成時の割れなどの問題がみら
れる。また、工程上では問題なく成形されても、感湿素
子が水分の脱吸着に起因する抵抗変化を利用する性質上
、水分の影響で粒界から破壊が生ずるため、耐久性、換
言すれば信頼性にも問題がある。

また、上記（５）の高分子膜を用いた場合には、材料面
では廉価であるものの、溶剤などの薬品による劣化や信
頼性の低下などの問題がみられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らは、こうした保守、信頼性、応答性などに問
題のみられる従来の感湿素子の代りに。

感度および応答性のいずれの点′においてもすぐれてい
る薄膜感湿素子を求めて種々検討の結果、テトラカルボ
ン酸型フタロシアニン−金属錯体が湿度に対して迅速に
感応するという現象を見出し、かかる現象を利用するこ
とにより、上記課題を有効に解決することができた。

〔問題点を解決するための手段〕および〔作用〕従って
、本発明は薄膜感湿素子に係り、この薄膜感湿素子は、
絶縁性基板表面に任意の順序で電極およびテトラカルボ
ン酸型フタロシアニン−金属錯体薄膜を形成させてなる
。

絶縁性基板表面に電極および金属錯体薄膜の順序で形成
させる態様にあっては、電極として導電性くし形電極な
どが用いられる。導電性くし形電極を用いた薄膜感湿素
子の一態様が、図面の第１図に平面図として示されてお
り、絶縁性基板１上に導電性くし形電極２，２′が形成
され、その表面を金属錯体薄膜、３が覆っており、各取
出電極部分には半田付けあるいは銀ペースト４，４′に
よりリード線５，５′が取り付けられている。

絶縁性基板上への導電性くし形電極の形成は。

従来の例にならって行われる。即ち、ガラス、アルミナ
、石英などの絶縁性基板上に、ステンレススチール、ハ
ステロイＣ、インコネル、モネル、金、銀、銅、白金、
アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケルなどの耐食性金
属や電極形成材料金属をスパッタリング法、イオンブレ
ーティング法などにより、約０．１〜０．５μｍ程度の
厚さの薄膜を形成させ、次にそこにフォトレジストパタ
ーンを形成させる。

例えばアルミニウムの場合には、このようにして形成さ
れた電極形成材料金属薄膜へのフォトレジストパターン
の形成は、周知のフォトリングラフ技術を適用すること
によって行われる。即ち、金Ｒ薄膜上にフォトレジスト
コーティングを行ない、そこにくし形電極のパターンの
陰画または陽画を焼付けたガラス乾板を重ね、光照射に
よる焼付けおよび現像によって行われる。二の後、湿式
化学エツチングが行われるが、エツチング液としては、
リン酸−硫酸一無ホクロム酸−水（重量比６５：１５　
：　５　：　１５）混合液、ＢＨＦ　（フッ酸系）、塩
化第２鉄水溶液、硝酸、リン酸−硝酸混合液などが用い
られる。

このようにして絶縁性基板上に形成させた導電性くし形
電極の表面は、感湿特性にすぐれたテトラカルボン酸型
フタロシアニン−金属錯体薄膜によって覆われる。

テトラカルボン酸型フタロシアニン−金ｓ錯体。

例えば４．４’、４“、４”−テトラカルボン酸型フタ
ロシアニン−金属錯体 は、無水トリメリット酸、尿素および金属塩化物をモリ
ブデン酸アンモニウムなどの触媒の存在下にニトロベン
ゼンなどの溶媒下で反応させることにより、一旦４．４
’、４”、４”−テトラカルボキシアミドフタロシアニ
ン−金ａｍ体とした後、これを水酸化カリウム、水酸化
ナトリウムなどの水酸化アルカリ金属の水溶液中で加熱
し、加水分解することにより得られる。

このようにして得られるテトラカルボン酸型フタロシア
ニンの金属錯体、例えばコバルト、銅、鉄、ニッケル、
鉛などの錯体は、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセ
トアミド、ジメチルスルホキサイド、テトラヒドロフラ
ンなどの非プロトン性極性溶媒、メタノール、エタノー
ル、プロパツールなどの低級アルコール類、アセトン、
メチルエチルケトンなどのケトン類、ピリジン、イミダ
ゾール、Ｎ−メチルイミダゾールなどの含窒素溶媒また
は水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液など
のアルカリ水溶液など多くの溶媒に可溶性であるので、
それを溶液として用いることができる。

金属錯体は、これらの溶媒に約０．５〜１０％程度の溶
液濃度になるように溶解させ、それをスピンコート、流
延、浸漬、噴霧、刷毛塗りなどの任意の塗布手段を用い
る溶液法、好ましくは水酸化アルカリ金属水溶液を用い
るスピンコート法によって、導電性くし形電極上に金属
錯体の薄膜を形成させる。溶媒として、水酸化カリウム
などの水酸化アルカリ金属の水溶液が好んで用いられる
のは、膜形成を容易にさせるだけではなく、形成された
膜の導電性を高めることにある。

本発明の他の態様、即ち絶縁性基板表面に錯体薄膜およ
び電極の順序で形成させる態様にあっては、例えば錯体
薄膜を被覆した絶縁性基板表面に蒸着法により電極を形
成させることが行われる。

かかる薄膜感湿素子の一態様が、図面の第２図に平面図
として示されており、絶縁性基板１上をスピンコート法
などにより被覆した錯体薄膜３の上に蒸着法などにより
金電極６，６′が形成されており、各取出電極部分には
銀ペースト４，４′などによりリード線５，５′が取り
付けられている。

〔発明の効果〕

本発明に係る薄膜感湿素子は、テトラカルボン酸型フタ
ロシアニン−金属錯体が湿度に対して迅速に感応すると
いう性質を有効に利用し、この金属錯体の薄膜を絶縁性
基板上の電極面上あるいは絶縁性基板と電極との間に、
好ましくはスピンコート法によって形成させることによ
って構成され、高感度で高応答性の湿度測定を可能とさ
せる。

〔実施例〕

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例１ フタロシアニン−コバルト　　のム 無水トリメリット酸１０　ｇ　（０，０５モル）、尿素
３０ｇ（０，５モル）、塩化コバルト（ＣｏＣＱ　２）
　３．９　ｇ　（０，０３モル）、モリブデン酸アンモ
ニウム１　ｇ　（０，００１モル）およびニトロベンゼ
ン１５０ｍ　Ｑの混合物を、攪拌下に１５０〜１７０℃
で３時間反応させた後、反応生成物をメタノール洗浄し
、次いでベンゼンでニトロベンゼン臭がなくなる迄洗浄
し、　６０℃で４８時間乾燥して、４．４　’　、４″
、４′に一テトラカルボキシアミドフタロシアニン−コ
バルト錯体７ｇ（収率７ｏ％）を得た。

この錯体５ｇを、１００℃の５０％水酸化カリウム水溶
液２５０ｇ中で１０時間処理し、カルボキシアミド基を
加水分解してカルボキシル基に変換させた。

この反応生成物を、４号ガラスフィルターで口過、洗浄
してから乾燥し、乾燥物をＰＨ１０，０の水酸化カリウ
ム水溶液中に溶解させた後、０．ＩＮ塩酸でＰＨ２，０
とし、沈殿口過物を順次水、エタノール、エーテルで洗
浄、乾燥させる一連の工程を３回くり返して行ない、五
酸化リン上で４８時間乾燥して、テトラカルボン酸型フ
タロシアニン−コバルト錯体４ｇ（収率８０％）を得た
。

フタロシアニン−コバルトｔ　の１用 前述の如き方法により、ガラスプレートよりなる絶縁性
基板上に、電極幅５００μｍ、電極間隔２５０μｍのく
し彫金電極を形成させ、このくし形電極上に上記テトラ
カルボン酸型フタロシアニン−コバルト錯体の水酸化カ
リウム水溶液（コバルト錯体１．５ｇおよび水酸化カリ
ウム０．５６　ｇを水４０ｍ　Ｑに溶解させ、０．ＩＮ
塩酸でｐＨを７．０に調整した溶液）をスピンコート法
により適用し、コバルト錯体薄膜を電極部分に形成させ
、被覆した。

このようにして構成された薄膜感湿素子を、温湿度試験
機に取り付け、電気抵抗測定器に接続した後、周波数を
一定（Ｉ　ＫＨｚ）に保ちながら、加湿機の能力に応じ
て５０〜１００％の相対湿度に対する電気伝導度の変化
を３０℃の温度で測定した。得られた結果は、第３図の
グラフに示され、この結果から、電気伝導度により相対
湿度を測定することができる感湿素子としての有効性が
確かめられた。

また５第４図は、この薄膜感湿素子が測定環境の変化に
対しても有効に作用することを示すグラフであり、そこ
では次のような測定が行われた。

即ち、ひようたん型ガラス容器上方球部壁を貫通してい
るリード線に、容器内側では下方球部空間で感湿素子を
、また容器外側ではＬＣＫメーターをそれぞれ接続させ
、かかる系を真空ポンプに連結し、まず系内を真空状態
にしてからａｄｍｉｓｓｉｏｎｏｆ　ａｉｒで大気を導
入すると、大気中の湿気のために電気伝導度は増加し、
次いでｒｅ−ｅｖａｃｕａｔｉｏｎで系を再び真空にす
ると、系中の水分が除去されるため電気伝導度は直ちに
減少するようになる。

また、用いられた相対湿度５０％の大気の代りに乾燥空
気を用いると、このような操作によって電気伝導度が変
化することはない。このことから、本発明に係る薄膜感
湿素子が、測定環境の変化に対しても有効に作用するこ
とが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る薄膜感湿素子の一態様の平面図
であり、第２図は他の態様の平面図である。第３図は、
相対湿度に対する電気伝導度の変化を示すグラフである
。また、第４図は、測定環境の変化に対してもこの薄膜
感湿素子が有効に作用することを示すグラフである。 （符号の説明） １・・・・・絶縁性基板 ２・・・・・導電性くし形電極 ３・・・・・金属錯体薄膜 ６・・・・・金電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁性基板表面に、任意の順序で電極およびテトラ
   カルボン酸型フタロシアニン−金属錯体薄膜を形成させ
   てなる薄膜感湿素子。 ２、導電性くし形電極を有する絶縁性基板表面に、電極
   部分を覆う錯体薄膜を形成させた特許請求の範囲第１項
   記載の薄膜感湿素子。 ３、錯体アルカリ水溶液のスピンコートにより薄膜を形
   成させた特許請求の範囲第２項記載の薄膜感湿素子。 ４、錯体薄膜を被覆した絶縁性基板表面に蒸着法により
   電極を形成させた特許請求の範囲第１項記載の薄膜感湿
   素子。 ５、錯体アルカリ水溶液のスピンコートにより薄膜を被
   覆させた特許請求の範囲第４項記載の薄膜感湿素子。