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公開番号2023042090
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-03-27
出願番号2021149186
出願日2021-09-14
発明の名称ガスセンサ
出願人東レ株式会社
代理人
主分類G01N 27/12 20060101AFI20230317BHJP(測定;試験)
要約【課題】高い検出感度を有しつつ、検出選択性と応答速度に優れたガスセンサを提供すること。
【解決手段】基板と、第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極の間に形成された抵抗体と、前記抵抗体と接し、高分子材料と金属酸化物および/または金属硫化物を含有する層と、を有するガスセンサであって、前記抵抗体はナノカーボン材料を含有する、ガスセンサ。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に接し、ナノカーボン材料を含有する抵抗体と、前記抵抗体と接し、高分子材料と金属酸化物および／または金属硫化物とを含有する層（以下「コート層」と称する）と、を有するガスセンサ。
続きを表示（約 740 文字）【請求項２】
前記コート層中における、前記金属酸化物および／または金属硫化物の体積分率が、１０ｖｏｌ％以上、６０ｖｏｌ％以下である、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記コート層が、前記基板と前記抵抗体との間に存在する、請求項１または２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記コート層の厚みが、１０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下である、請求項１～３のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記コート層中の前記金属酸化物および／または金属硫化物の少なくとも一部が、前記抵抗体と接している、請求項１～４のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記金属酸化物および／または金属硫化物が粒子状の形状を有し、その数平均粒子径が１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である、請求項１～５のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記金属酸化物および／または金属硫化物が、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化セリウム、酸化タングステンおよび酸化チタンからなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１～６のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項８】
前記高分子材料が、ポリシロキサン化合物である、請求項１～７のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項９】
前記高分子材料と前記金属酸化物および／または金属硫化物との間で結合が形成されている、請求項１～８のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項１０】
前記ナノカーボン材料が、カーボンナノチューブである、請求項１～９のいずれかに記載のガスセンサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
試料中に存在する物質を高感度かつ高選択的に検出する技術に関する研究開発が精力的に行われている。そのような技術が実現すれば、空気中の有害ガスのモニタリングによる建物の換気管理や、腐敗ガス量の定量による食品の鮮度管理、呼気中の疾病マーカー検出による疾病の早期発見、ごく微量の毒ガス検出によるテロや化学兵器攻撃の未然防止といった分野で役に立つと考えられる。これらの用途を志向した場合、ｐｐｂオーダー、より好ましくはｐｐｔオーダーの高感度検出技術が必要であるが、未だ実現できているものは無い。
【０００３】
高感度かつ高選択検出技術として、検出対象物質と選択的に相互作用する形状や静電ポテンシャル分布を有する認識分子をナノカーボン材料表面へ固定化した材料を用いたセンサが検討されている（例えば、特許文献１参照）。ナノ材料、特にナノカーボン材料は大きな比表面積を有することから、極微量のターゲット物質によっても電子物性が大きく変わると考えられ、高感度検出技術に適している。ナノカーボン材料が有する高い検出能力を更に高める技術として、検出部において、カーボンナノチューブと金属酸化物粒子との複合材料を用いる技術が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
ナノカーボン材料を用いたガスセンサは、検出対象物質がナノカーボン材料表面に付着することによる接触抵抗変化やキャリア注入によって起こる抵抗値変化に基づいて検出対象物質を検出する。そのため室温でも使用可能であり、検出に高温を必要とする既存の金属酸化物を用いたガスセンサよりも優れている。
【０００５】
また、検出選択性を付与する技術としては他に、検出対象物質と相互作用する感ガス体としてカチオン性ポリマーを含む層と酸化グラフェン層とを積層させることによって検出選択性を付与する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００８－２４９７０５号公報
特開２０２０－１３４４９８号公報
【非特許文献】
【０００７】
“ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓ：Ｂ”，（蘭国），２０１２年，１７０巻，ｐ．６７－７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のような、ターゲット認識分子を固定化したナノカーボンを用いた検出技術では、ナノカーボン材料上の認識分子の機能を安定的に維持することが難しいことや、ナノカーボン材料上へ認識分子を高密度で固定化することが難しいために、対象物質との結合量が増えない。そのために、選択性の代償として感度低下を招いてしまうこと、量産化に不向きであること、などの課題があった。
【０００９】
また、特許文献２に記載のような、感ガス体ポリマーを含む層とナノカーボン材料層とを積層させる技術では、検出対象物質と選択的に相互作用する感ガス体と、抵抗値変化による検出を担うナノカーボン材料との間で直接的な電荷授受が無いために、検出感度、検出選択性いずれに対しても限定的な効果しか得られていなかった。
【００１０】
さらに、非特許文献１に記載のように、ナノカーボン材料を用いたセンサを室温において用いて検出対象物質を検出した場合、検出対象物質の吸脱着反応に時間を要する。そのため、検出対象物質を検出器へ導入してから検出し終わるまでの応答速度や、検出後の復帰速度が遅いという課題も有していた。
（【００１１】以降は省略されています）

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