材料化学系 菅原徹 教授らの研究グループは全く新しい構造の半導体式ガスセンサを開発しました

 材料化学系 菅原徹 教授、大阪大学 小野尭生 助教、植村隆文 准教授、金沢大学 辛川誠 教授の研究グループは、(株)日本触媒、産業技術総合研究所 極限機能材料研究部門 申ウソク 副研究部門長、伊藤敏雄 主任研究員と協力し、2D材料のグラフェンと酸化物の3Dナノ構造ネットワークを複合した新しい構造の半導体式ガスセンサを開発し、世界で初めて同一ガス種に対してまったく異なる信号が検出できることを明らかにしました。さらに、このハイブリッドガスセンサの抵抗値は、通常の半導体式ガスセンサと比較して約1万分の1(〜4桁程度)小さい値を示しました。
 これまで半導体式ガスセンサは、一種類の半導体材料で一種類のガスを検出していました。そのため、生体ガス(呼気や体臭)など、多くのガスが混合したガスの同時検出が非常に困難でした。
 今回、研究グループは、2D材料のグラフェンと酸化物ナノ構造の3Dネットワークを、ハイブリッドした全く新しい構造のガスセンサを開発しました。このハイブリッドガスセンサは、同一ガス種に対してまったく異なる信号が検出されることを明らかにしました。つまり、このハイブリッドガスセンサは、複数のガス種を、同じ半導体材料で検出することができます。さらに、このハイブリッドガスセンサは、抵抗値の低い2D半導体材料を使用することで、半導体式ガスセンサの抵抗値を大幅(~1万分の1程度)に低減することができました。
 これらの発見により、さらに発展したガスセンサのデバイス構造を工夫することで、混合ガスセンサへの応用に期待されます。半導体式ガスセンサで混合ガスが検出できれば、小型のガスセンサシステムが構築できるため、携帯用やウェアラブル用の混合ガスセンサが実現できます。また、2D半導体材料の抵抗を非常に小さくすることができたため、さらに小型の混合ガスセンサ実現への期待が高くなります。

プレスリリース

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この研究成果は米国科学誌『ACS Applied Engineering Materials』(外部サイト)に掲載されました。

(用語解説)
注)半導体式ガスセンサ
酸化物など材料の酸化還元状態によって、抵抗値が増減する現象を利用したガスセンサの総称。