(57)【要約】【課題】プロトン伝導体として従来用いられていなかった材料をプロトン伝導体として用いた、新規な電子デバイスを提供する。【解決手段】本発明の電子デバイスは、プロトン伝導体を含み、プロトン伝導体のプロトン伝導性を利用する電子デバイスである。そのプロトン伝導体は、シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも１つである。また、本発明の湿度センサは、湿度によって電気的特性が変化する感湿部を含み、その感湿部の電気的特性の変化を利用して湿度を測定する湿度センサである。感湿部は、シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン伝導体を含み、前記プロトン伝導体のプロトン伝導性を利用する電子デバイスであって、
前記プロトン伝導体が、シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも１つである電子デバイス。
【請求項２】
湿度センサである請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
湿度によって電気的特性が変化する感湿部を含み、前記感湿部の前記電気的特性の変化を利用して湿度を測定する湿度センサであって、
前記感湿部が、シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む湿度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスに関し、たとえば湿度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プロトン伝導体のプロトン伝導性を利用した電子デバイスが提案されてきた。そのような電子デバイスの代表的なものとしては、燃料電池や水素ガスセンサもしくは湿度センサが挙げられる。
【０００３】
従来の湿度センサのプロトン伝導体としては、強酸基を有する有機高分子膜などが提案されてきた（たとえば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−２６５６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、強酸基を有する有機高分子膜は、周囲の金属等を腐食させる恐れがある。また、一般的に、有機高分子膜は、耐熱性が充分ではないという問題を有する。このように、従来用いられてきた有機高分子からなるプロトン伝導体は、更なる特性向上が求められていた。
【０００５】
このような状況において、本発明の目的の１つは、プロトン伝導体として従来用いられていなかった材料をプロトン伝導体として用いた、新規な電子デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、従来まったく考えられてこなかった材料（シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウム）にプロトン伝導性が発現することを見出し、その伝導機構を解明してきた。このプロトン伝導体は従来のものと異なり、強酸残基を持たず、金属の腐食など、従来のプロトン伝導体に見られた様々な問題点を解決することがわかった。本発明は、この新たな知見に基づくものである。
【０００７】
すなわち、本発明の電子デバイスは、プロトン伝導体を含み、前記プロトン伝導体のプロトン伝導性を利用する電子デバイスであって、前記プロトン伝導体が、シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも１つである。
【０００８】
なお、この明細書において、「シュウ酸ニッケル」はシュウ酸ニッケル二水和物を含み、「シュウ酸マグネシウム」は、シュウ酸マグネシウム二水和物を含む。
【０００９】
また、本発明の湿度センサは、湿度によって電気的特性が変化する感湿部を含み、前記感湿部の前記電気的特性の変化を利用して湿度を測定する湿度センサであって、前記感湿部が、シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電子デバイスでは、熱に強く、周囲の金属を腐食させることがないプロトン伝導体が用いられる。そのため、本発明によれば、従来とは異なる特性を有する電子デバイスが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について例を挙げて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態および実施例に限定されない。以下の説明では、特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や他の材料を適用してもよい。
【００１２】
［電子デバイス］
本発明の電子デバイスは、プロトン伝導体を含み、プロトン伝導体のプロトン伝導性を利用するデバイスである。そのプロトン伝導体は、シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも１つである。
【００１３】
通常、プロトン伝導体としては、シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムのいずれか一方が用いられる。プロトン伝導体は、シュウ酸ニッケルおよび／またはシュウ酸マグネシウムのみで構成されていてもよいが、必要に応じて、他の材料（たとえば有機高分子材料）を含んでもよい。プロトン伝導体に占めるシュウ酸ニッケルおよび／またはシュウ酸マグネシウムの割合は、たとえば３０重量％以上であり、５０重量％以上や、８０重量％以上や、９０重量％以上であってもよい。
【００１４】
シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムは、配位高分子またはシュウ酸金属錯体として知られている。シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムは、それぞれ、プロトン伝導性を示す。
【００１５】
シュウ酸ニッケルの組成式は、Ｎｉ（Ｃ2Ｏ4）・２Ｈ2Ｏで表される。シュウ酸マグネシウムの組成式は、Ｍｇ（Ｃ2Ｏ4）・２Ｈ2Ｏで表される。
【００１６】
シュウ酸ニッケルの結晶は、図１に示す金属イオンと配位子とが互い違いに複数個（無数に）結合した鎖状構造を含む。結晶全体では鎖状構造が、互いに平行になるように集積された構造を有する。鎖状構造同士は、ディスオーダーを含めたいくつかの集積様式があり、例えば単斜晶系や斜方晶系があり得るが、いずれの形態もプロトン伝導性を示す。シュウ酸マグネシウムの結晶も、同様の構造を有する。
【００１７】
シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムの製造方法には水溶液中で合成する方法や、固相反応による合成法などがあるが、特に限定はない。それらの製造方法の一例について、実施例で説明する。
【００１８】
本発明の電子デバイスは、湿度センサであってもよい。その場合、プロトン伝導体（シュウ酸ニッケルおよび／またはシュウ酸マグネシウム）の抵抗値が湿度によって変化することを利用して、湿度を測定する。
【００１９】
本発明の電子デバイスは、湿度センサ以外のデバイスであってもよい。たとえば、燃料電池や、ガスセンサであってもよい。本発明の電子デバイスが燃料電池である場合、プロトン伝導体は固体電解質、電極触媒もしくは電極触媒の助剤として用いられる。
【００２０】
［湿度センサ］
別の観点では、本発明の湿度センサは、湿度によって電気的特性が変化する感湿部を含み、その感湿部の電気的特性の変化を利用して湿度を測定する。その感湿部は、シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムについては、上述したため、重複する説明を省略する。
【００２１】
感湿部は、シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムのいずれか一方のみを含んでもよい。また、感湿部は、シュウ酸ニッケルおよび／またはシュウ酸マグネシウムに加えて、それらを結着するための高分子や、多孔質材料などを含んでもよい。感湿部に占めるシュウ酸ニッケルおよび／またはシュウ酸マグネシウムの割合は、たとえば３０重量％以上であり、５０重量％以上や、８０重量％以上や、９０重量％以上であってもよい。
【００２２】
感湿部には、２つ以上（たとえば２つ）の電極が接続される。そして、電極間の直流抵抗もしくは交流インピーダンスを測定し、その測定値に基づいて湿度が推測される。たとえば、湿度と抵抗値との関係を予め求めておけば、その関係を利用して、抵抗値から湿度を推測できる。
【００２３】
本発明の湿度センサは、感湿部の材料として、シュウ酸ニッケルおよび／またはシュウ酸マグネシウムを用いている。そのため、応答速度が速く、耐熱性および安定性が高い湿度センサが得られる。
【実施例】
【００２４】
［シュウ酸ニッケルの作製］
以下、シュウ酸ニッケルを作製した一例について説明する。
【００２５】
まず、１７６４ｍｇ（１５ｍｍｏｌ）のＫ2（Ｃ2Ｏ4）・Ｈ2Ｏを、水７０ｍｌに溶かして、シュウ酸カリウム水溶液を作製した。また、２７６３ｍｇ（１０ｍｍｏｌ）のＮｉＳＯ4・６Ｈ2Ｏを水７０ｍｌに溶かして、硫酸ニッケル水溶液を作製した。
【００２６】
次に、シュウ酸カリウム水溶液に硫酸ニッケル水溶液を加え、室温で４時間攪拌した。これによって、溶液中に、緑白色の沈殿が生成した。この沈殿を濾別し、真空乾燥を行った。このようにして、緑白色のシュウ酸ニッケル粉末を得た。収量は１６７１ｍｇで収率は９１％であった。
【００２７】
［シュウ酸マグネシウムの作製］
以下、シュウ酸マグネシウムを作製した一例について説明する。
【００２８】
まず、１７６４ｍｇ（１５ｍｍｏｌ）のＫ2（Ｃ2Ｏ4）・Ｈ2Ｏを、水３０ｍｌに溶かして、シュウ酸カリウム水溶液を作製した。また、２４６５ｍｇ（１０ｍｍｏｌ）のＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏを水１０ｍｌに溶かして、硫酸マグネシウム水溶液を作製した。
【００２９】
次に、シュウ酸カリウム水溶液に硫酸マグネシウム水溶液を加え、室温で３時間攪拌した。これによって、溶液中に、白色の沈殿が生成した。この沈殿を濾別し、真空乾燥を行った。このようにして、白色のシュウ酸マグネシウム粉末を得た。収量は１４７０ｍｇで収率は９９％以上であった。
【００３０】
［構造解析］
上述の方法によって得られたシュウ酸ニッケル粉末およびシュウ酸マグネシウム粉末について、粉末Ｘ線回折スペクトルを測定した。測定結果を図２に示す。
【００３１】
また、それぞれの粉末について、赤外線吸収スペクトルを測定した。測定結果を図３に示す。
【００３２】
［元素分析］
上述の方法によって得られたシュウ酸ニッケル粉末およびシュウ酸マグネシウム粉末について、元素分析を行った。測定結果を以下の表に示す。
【００３３】
【表１】
2008224305.tif 000003
【００３４】
表に示すように、炭素および水素の分析結果は、予想とよい一致を示した。
【００３５】
［電気伝導率の湿度依存性］
上述の方法によって得られた２種類の粉末について、それぞれ、メノウ乳鉢ですりつぶし、加圧成形してペレット（直径２．５ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍ）を作製した。ペレットの厚さはシックネスゲージを用いて測定した。このペレットの両面に金ペーストを塗り、金ペーストに、直径５０μｍの金線を接続した。そして、擬似４端子法によって、交流インピーダンスを測定した。測定から求められた、湿度と電気伝導率の対数値との関係を図４に示す。
【００３６】
図４に示すように、シュウ酸ニッケル粉末の電気伝導率は、湿度の変化に応じて２桁以上変化した。また、シュウ酸マグネシウム粉末の電気伝導率は、湿度の変化に応じて４桁以上変化した。どちらの場合も、湿度と電気伝導率の対数値とは、比較的よい比例関係を示した。
【００３７】
なお、シュウ酸鉄粉末およびシュウ酸コバルト粉末についても同様の実験を行ったが、それらの粉末は、シュウ酸ニッケル粉末およびシュウ酸マグネシウム粉末に比べて電気伝導率が低かった。シュウ酸金属化合物を固体電解質として用いる場合、電気伝導率が高いことは重要である。また、シュウ酸金属化合物を用いて湿度センサの感湿部を形成する場合も、シュウ酸金属化合物の電気伝導率が高いほど感湿部を薄く形成でき、その結果、センサの応答速度を速くすること、および、伝導率の再現性をよくすることが可能である。そのため、シュウ酸金属化合物の電気伝導率が高いことは重要である。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用できる。
【００３９】
なお、別の観点では、本発明は、シュウ酸ニッケルおよび／またはシュウ酸マグネシウムの、プロトン伝導体としての使用に関する。なお、シュウ酸亜鉛粉末およびシュウ酸マンガン粉末も、シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムと同様に、プロトン伝導性を示し、そのプロトン伝導性は、湿度の増加に伴って高くなった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、電子デバイスに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】シュウ酸ニッケルの構造の一部を模式的に示す図である。
【図２】シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムのＸ線回折スペクトルを示す図である。
【図３】シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムの赤外線吸収スペクトルを示す図である。
【図４】シュウ酸ニッケルおよびシュウ酸マグネシウムについて、電気伝導率の対数値と相対湿度との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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