(57)【要約】【課題】  感度の良いガスセンサーを提供すること。【解決手段】  フタロシアニン又は金属フタロシアニンの誘導体の単分子層〜数十分子層が電極上に作成され、熱処理されている、ガスセンサー、及びその製造方法。【選択図】        図１
2005233682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フタロシアニン又は金属フタロシアニンの誘導体の単分子層〜数十分子層が電極上に作成され、熱処理されている、ガスセンサー。
【請求項２】
ＬＢ法又は真空蒸着法により電極上にフタロシアニン又は金属フタロシアニンの誘導体の分子層を作成し、該分子層を熱処理することを特徴とする、ガスセンサーの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のガスセンサーの製造方法において、
熱処理は、６０℃〜２５０℃で３０分〜２００分であることを特徴とする、ガスセンサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾン、酸素、水素、ＮＯｘなどのガス、匂いや臭いなどの分子の検出センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機色素の薄膜に電極をつけて、匂いガス分子や臭い分子との接触に拠る導電性の変化から、これらのガス状物質を検出するセンサーは、よく知られている。しかし、超軽量、超高感度、高経時安定性、高繰り返し安定性を備えたセンサーは、これまでに知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
＜１＞本発明は、感度の良いガスセンサーを提供することにある。
＜２＞本発明は、また、超軽量、超高感度、高経時安定性、高繰り返し安定性を有するガスセンサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
＜１＞本発明は、フタロシアニン又は金属フタロシアニンの誘導体の単分子層〜数十分子層が電極上に作成され、熱処理されている、ガスセンサーにある。
＜２＞本発明は、また、ＬＢ法又は真空蒸着法により電極上にフタロシアニン又は金属フタロシアニンの誘導体の分子層を作成し、該分子層を熱処理することを特徴とする、ガスセンサーの製造方法にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
＜１＞ガスセンサー
ガスセンサーは、オゾン、酸素、水素、ＮＯｘなどのガス、匂いや臭いなどの分子のガスを検出するものであり、検出に有機色素分子を使用する。有機色素分子としては、フタロシアニンまたは金属フタロシアニンの誘導体が好ましい。ガスセンサーは、例えば図１のように、一対の対向した櫛型の電極面に有機色素分子の分子層が形成されている。ガスセンサー１の一対の電極間に電源４と電流計３を直列に接続する。ガスセンサー１をオゾンなどの被検出ガスの雰囲気に配置すると、電流計３に電流が流れ、ガスを検出できる。
【０００６】
＜２＞有機色素分子膜
有機色素分子膜は、フタロシアニンまたは金属フタロシアニンの誘導体の分子層を使用する。特に、テトラ−t−ブチルフタロシアニンが好ましい。有機色素分子膜は、ＬＢ法により、又は、真空蒸着法によって作成する。作成された有機色素分子膜は、熱処理される。金属フタロシアニンの誘導体は、オゾン、水素、酸素、ＮＯｘなどのガス状物質、薬品や尿や便等の排泄物などの匂いや臭い分子の種類によって最適なものが選択される。
【０００７】
＜３＞ガスセンサーの製法
基板上に対向する電極を形成し、その上にＬＢ法により、又は、真空蒸着法により、フタロシアニンまたは金属フタロシアニンの誘導体の分子膜を形成する。分子膜の厚さは、単分子層〜数十分子層が好ましい。特に、分子膜の厚さは、数分子層〜十数分子層が好ましい。対向する電極は、例えば、ガラスなどの基板上に対向する櫛形の金属膜を真空蒸着やスパッタリングで作成される。
【０００８】
＜４＞分子層の熱処理
フタロシアニンまたは金属フタロシアニンの誘導体の分子層は、熱処理される。分子層の熱処理は、例えば、基板ごと恒温槽に配置する。恒温槽の雰囲気は、例えば空気中でよいが、高温熱処理時には不活性ガス中が好ましい。熱処理温度は、６０℃〜２５０℃の範囲が好ましく、特に、１００℃〜１５０℃が好ましい。熱処理時間は、３０分〜２００分が好ましく、特に、６０分〜１２０分が好ましい。
【０００９】
＜５＞ガスセンサーの特性
ガスセンサーは、各種のガスに電気的に反応し、超軽量、超高感度、高径時安定性、高繰り返し安定性を有する。これにより、ガスセンサーは、超軽量で使い捨ても可能な小型のものが得られ、例えば、オゾン濃度測定装置を使い捨ても可能な軽量の情報発振器とともに、使い捨ても可能な小型の風船に固定して大気圏上空に打ち上げ、大気中の特定のガス濃度の高度分布を観測することが可能になる。ここにおいて、例えば、オゾン濃度の測定装置は、オゾンガスの濃度に比例して、流れる電流が変化する現象を利用する。このように、ガスセンサーは、測定対象のガス濃度に比例して、流れる電流が変化するので、ガス濃度を測定することができる。
【００１０】
電流値を上空または遠隔地から地上に発信することによって、例えば、オゾン濃度の高度分布や地域分布を作成することができる。また、カードやペンのような、ポケットに入れておける携帯型のガスセンサーの製造も可能になり、その用途は実験室や工事現場等、限り無く広くなる。
【００１１】
特に、現在使用されているオゾンガスやＮＯｘなどの感知装置は、重量、容積、価格ともに大きく、小型の風船にて飛ばしたり、ポケットに入れるなど、想像もつかないもであった。大気圏中のオゾン濃度の観測については、人工衛星に積んだ赤外分光光度系（ILAS）を使っているが、その重量は１４０ｋｇ、消費電力が１００Ｗ、外形寸法が８０ｃｍ×１６０ｃｍ×５５ｃｍのように大きい上、観測に要する経費は莫大になる。しかも、北極、南極上空のみの情報しか得られない。
【００１２】
以下にガスセンサーの実施例を記載する。
【００１３】
＜１＞ガスセンサーの作成
ガスセンサーの電極は、ガラス基板に白金の電極を櫛型に対向して形成する。この基板上に金属フタロシアニンの誘導体として、テトラ−t−ブチルニッケルフタロシアニンの分子層を形成する。形成方法は、ＬＢ法を利用した。分子層の厚さは、１０分子層程度である。熱処理は、約１２０℃で約９０分行った。
【００１４】
＜２＞ガスセンサーの測定
ガスセンサー１の性能試験を図１に示した測定回路で行った。測定回路の電源４は、１．５Ｖの電池とし、高感度の電流計３を電源４に直列に接続してある。ガスセンサー１を空気中からオゾンボックス２に移し、次に、逆に空気中に移し、これらを繰り返し、ガスセンサー１の測定値の変化を求めた。図２にガスセンサー１の測定値の変化を示す。
【００１５】
図２は、横軸が時間でその単位は秒とし、縦軸は電流値でその単位は１０−１０Ａとする。Ａの矢印は、空気中からオゾンボックスに入れた時点を示している。Ｂの矢印の位置に電流が急激に上昇している。Ｂの矢印の位置の電流値は、約４×１０−１０Ａであり、約１５０ｐｐｍのオゾンを検出している。この際、オゾンボックスに空気が流入するが、このために、所定のオゾン濃度に至るまでに時間を要すると想像され、この時間が短ければ、電流の立ち上がりももっと速くなると考えられる。直線部分の勾配がほとんど９０°であることが感度の良さを表わしている。矢印Ｃは、ガスセンサーをオゾンボックスから空気中に移した時点であり、矢印Ｂと矢印Ｃの間は、ほぼ平坦の安定した測定値が得られている。このことから、このガスセンサーは、安定した検出器であると考えられる。矢印Ｄは、空気中に取り出したときに、電流が殆ど流れなくなった状態を示している。再度、ガスセンサーをオゾンボックスに入れ、繰り返した測定した測定値が、続いて表示されている。このように、ガスセンサーは、測定値の安定性と、濃度変化への追従性の両方を同時に得ることができる。
【００１６】
＜３＞熱処理をしないガスセンサー
熱処理をしないガスセンサーについて、測定したデータを図３に示す。この熱処理をしないガスセンサーは、前記熱処理をしたガスセンサーとは、熱処理以外では、同一の製造方法で作成してある。熱処理をしないガスセンサーの測定値（図３）は、熱処理をしたガスセンサーの測定値（図２）に比して、同一のオゾン濃度でも、測定電流が２×１０−１０Ａと低く、更に、オゾンボックス中一定濃度下での測定電流が平坦でなく、時間と共に低下している。そのため、熱処理をしないガスセンサーは、ガス濃度の変化を正確に測定することができない。
【００１７】
熱処理をしないガスセンサーは、空気中からオゾンボックスにガスセンサーを入れたときの電流のピーク値が、この試験を繰り返す毎に変化し、その値の差が、図２に示す測定値と比べ不安定である。また、空気中に取り出したときの電流値についても、同様に繰り返し試験毎に変化して、図２に示す測定値と比べ安定性がよくない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ガスセンサーの測定法の説明図
【図２】熱処理をしたガスセンサーの測定値の図
【図３】熱処理をしないガスセンサーの測定値の図
【符号の説明】
【００１９】
１・・・ガスセンサー
２・・・オゾンボックス
３・・・電流計
４・・・電源
【図１】
2005233682.tif 000003
【図２】
2005233682.tif 000004
【図３】
2005233682.tif 000005