超高感度ナノワイヤナノギャップガスセンサの開発に成功

東京科学大学（Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｏｋｙｏ） 総合研究院 フロンティア材料研究所の真島 豊 教授の研究グループは、酸化銅ガスセンサのナノ構造に注目し、空隙を含むナノワイヤナノギャップガスセンサとすることで、従来のガスセンサと比較して、１桁低濃度の水素を検出可能な水素ガスセンサを開発することに成功しました。

水素ガスセンサは、エネルギー・環境分野、医療・健康分野、安全分野などさまざまな用途で利用されていますが、リチウムイオンバッテリーの長寿命化、水素社会の実現、生活の質（ＱＯＬ）の向上などに貢献するには、その高感度化・高機能化が欠かせません。

本研究では、金属酸化物半導体型酸化銅ガスセンサにおいて、電子線リソグラフィ（ＥＢＬ）を用いてナノギャップ電極間に銅ナノワイヤを作製しました。その後、2段階の加熱処理を用いて銅を酸化させ、酸化銅ナノワイヤに空隙を形成することで、ナノ微細構造とガスセンサ応答の関係を検討しました。その結果、5ｐｐｂ（１０億分の１の割合（１０億分率）で表す単位、１０^－７パーセントのこと）という超低濃度の水素ガスに応答することが分かりました。本研究で開発した空隙を含む酸化銅ナノワイヤナノギャップガスセンサは、従来センサと比較して、１桁低濃度の水素を検出可能です。

今後、検出したいガスに応じて最適なガス検出材料を選択し、ナノギャップガスセンサを構築することで、多様なガスに対するガスセンサでも高速化・高機能化することが可能であるため、産業用途への幅広い応用が期待されます。

今回の成果は、ガスセンサ分野で最も権威のある学術誌の１つである「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」のオンライン版に１１月５日に掲載されます。