(57)【要約】  化学物質濃縮器は、気体試料に含まれる化学物質を濃縮する。この化学物質濃縮器は、気体試料が流れる中空部分を構成する流路と、流路の内壁上に設けられた第１と第２の電極と、第１と第２の電極に接続された電極配線と、電極配線上に設けられた材料層と、材料層上に設けられて化学物質を吸着しかつ脱離させる吸着材とを備える。この化学物質濃縮器は、吸着した化学物質を効率よく脱離させることができる。
2018079174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体試料に含まれる化学物質を濃縮する化学物質濃縮器であって、
前記気体試料が流れる中空部分を構成し、前記中空部分に面する第１の内壁を有する流路と、
前記流路の前記第１の内壁上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極と離間して前記第１の内壁上に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極とに接続されて、通電により熱を発生する第１の電極配線と、
前記第１の電極配線上に設けられて前記発生した熱を伝達する第１の材料層と、
前記第１の材料層上に設けられて、前記化学物質を吸着し、かつ前記伝達された熱により前記吸着した化学物質を脱離させる第１の吸着材と、
を備えた化学物質濃縮器。
【請求項２】
前記第１の電極配線の長さは前記第１の電極と前記第２の電極との間の距離よりも長い、請求項１に記載の化学物質濃縮器。
【請求項３】
前記第１の電極配線は、直線部と、前記直線部に繋がる折り返し部とを有する、請求項２に記載の化学物質濃縮器。
【請求項４】
前記第１の電極配線はミアンダ形状を有する、請求項３に記載の化学物質濃縮器。
【請求項５】
前記第１の電極配線は曲線部を有する、請求項２に記載の化学物質濃縮器。
【請求項６】
前記第１の吸着材は導電性のナノワイヤよりなる、請求項１に記載の化学物質濃縮器。
【請求項７】
前記ナノワイヤおよび前記第１の材料層は同じ金属酸化物を含む、請求項６に記載の化学物質濃縮器。
【請求項８】
前記ナノワイヤは金属酸化物と、前記金属酸化物で覆われたカーボンナノチューブとを有する、請求項６に記載の化学物質濃縮器。
【請求項９】
前記第１の吸着材は導電性の多孔質体よりなる、請求項１に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１０】
前記第１の材料層上に設けられた第３の電極と、
前記第１の材料層上に設けられた第４の電極と、
をさらに備え、
前記第１の材料層は前記第１の電極と前記第２の電極とまで延び、
前記第１の材料層は前記第１の電極と前記第３の電極とで挟まれており、かつ前記第２の電極と前記第４の電極とで挟まれている、請求項１に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１１】
前記第１の材料層は、前記第１の電極と前記第２の電極とが設けられた第１の表面と、前記第１の表面の反対側で前記第３の電極と前記第４の電極とが設けられた第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面とに繋がる第１の側面と、前記第１の側面の反対側で前記第１の表面と前記第２の表面とに繋がる第２の側面とを有し、
前記第３の電極は前記第１の材料層の前記第１の表面の一部と前記第１の側面とを覆うとともに前記第１の電極と接触し、
前記第４の電極は前記第１の材料層の前記第２の表面の一部と前記第２の側面とを覆うとともに前記第２の電極と接触している、請求項１０に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１２】
前記第１の吸着材を冷却する冷却部をさらに備えた、請求項１から１１のいずれか一項に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１３】
前記第１の内壁と前記第１の材料層との間に設けられた断熱層をさらに備えた、請求項１から１２のいずれか一項に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１４】
前記流路は、前記中空部分に面してかつ前記中空部分を介して前記第１の内壁に対向する第２の内壁をさらに有する、請求項１に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１５】
熱を伝達する第２の材料層と、
前記第２の材料層上に設けられて、前記化学物質を吸着し、かつ前記伝達された熱により前記吸着した化学物質を脱離させる第２の吸着材と、
をさらに備えた、請求項１に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１６】
前記第１の吸着材と前記第２の吸着材とは、材料または表面に設けられた表面コートが互いに異なる、請求項１５に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１７】
前記流路内に設けられた第３の電極と、
前記第３の電極と離間して前記流路内に設けられた第４の電極と、
前記第３の電極と前記第４の電極とに接続されて、通電により熱を発生する第２の電極配線と、
前記第１の電極と前記前記第２の電極と前記第３の電極と前記第４の電極とに選択的に電流を供給する電流供給部と、
をさらに備え、
前記第２の材料層は、前記第２の電極配線上に設けられて前記第２の電極配線で発生した前記熱を伝達し、
前記第２の吸着材は、前記第２の材料層上に設けられて前記化学物質を吸着し、かつ前記伝達された熱により前記吸着した化学物質を脱離させる、請求項１５または１６に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１８】
請求項１に記載の化学物質濃縮器と、
前記濃縮された化学物質を検出する検出部と、
を備えた、化学物質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、気体中の化学物質を濃縮する化学物質濃縮器と、それを用いた化学物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体中の化学物質を分析する技術は、例えば、特許文献１と特許文献２に開示されている。特許文献１は、電力機器内部ガス中の有機物質を分析する装置を開示している。この装置では、トラップの温度を一定に保持しながら配管にガスを通過させ、ガス中の有機物質を吸着材に吸着させた後、トラップを加熱して、吸着した有機物質を検出器に導入する。また特許文献２は、分析物を吸着する能力と濃縮された分析物を脱着する能力を持つ吸着材物質を用いた、極微量の分析物の検出装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９６２１８号公報
【特許文献２】特表２００２−５１８６６８号公報
【発明の概要】
【０００４】
化学物質濃縮器は、気体試料に含まれる化学物質を濃縮する。この化学物質濃縮器は、気体試料が流れる中空部分を構成する流路と、流路の内壁上に設けられた第１と第２の電極と、第１と第２の電極に接続された電極配線と、電極配線上に設けられた材料層と、材料層上に設けられて化学物質を吸着しかつ脱離させる吸着材とを備える。
【０００５】
この化学物質濃縮器は、吸着した化学物質を効率よく脱離させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は実施の形態における化学物質濃縮器の斜視図である。
【図２】図２は実施の形態における化学物質濃縮器の上面透視図である。
【図３】図３は図２に示す化学物質濃縮器の線３−３における断面図である。
【図４】図４は実施の形態における他の化学物質濃縮器の断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは実施の形態におけるさらに他の化学物質濃縮器の断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは実施の形態におけるさらに他の化学物質濃縮器の断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは実施の形態におけるさらに他の化学物質濃縮器の断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは実施の形態におけるさらに他の化学物質濃縮器の拡大断面図である。
【図６】図６は実施の形態における化学物質濃縮器の他の電極配線を示す上面透視図である。
【図７】図７は実施の形態における化学物質濃縮器のさらに他の電極配線を示す上面透視図である。
【図８】図８は実施の形態における化学物質濃縮器の吸着材の配置を示す上面図である。
【図９】図９は実施の形態における化学物質濃縮器の吸着材の他の配置を示す上面図である。
【図１０】図１０は実施の形態における化学物質濃縮器の吸着材のさらに他の配置例を示す上面図である。
【図１１】図１１は実施の形態における化学物質検出装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下では、実施の形態における化学物質濃縮器および化学物質検出装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【０００８】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。
【０００９】
図１は実施の形態における化学物質濃縮器２０を模式的に示す上面斜視図である。図２は化学物質濃縮器２０を模式的に示す上面透視図である。図３は図２に示す化学物質濃縮器２０の線３−３における断面図である。
【００１０】
化学物質濃縮器２０は、流入される気体試料９０に含まれる化学物質９２を濃縮する。化学物質濃縮器２０で濃縮された化学物質９２は、例えば、化学物質濃縮器２０の下流に設けられる検出部２１で検出される。気体試料９０は、気体媒体９１と、気体媒体９１を浮遊する化学物質９２とを含有する。
【００１１】
気体試料９０としては、例えば、ヒトや動物の呼気、車や工場の排気ガス等がある。濃縮される化学物質９２としては、例えば、ケトン類、アミン類、アルコール類、芳香族炭化水素類、アルデヒド類、エステル類、有機酸、硫化水素、メチルメルカプタン、ジスルフィドなどの揮発性有機化合物がある。
【００１２】
化学物質濃縮器２０は、化学物質９２を含む気体試料９０が流れる中空部分１１Ｐを有する流路１１と、流路１１の中空部分１１Ｐに設けられた電極１２と、電極１２と離間して中空部分１１Ｐに設けられた電極１３と、電極１２、１３に接続された電極配線２５と、電極配線２５上に設けられた材料層１７と、材料層１７上に設けられた吸着材１４とを備える。流路１１は、中空部分１１Ｐに面する内壁１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１２Ａを有する。内壁１１１Ｂは中空部分１１Ｐを介して内壁１１１Ａに対向し、内壁１１２Ａは中空部分１１Ｐを介して内壁１１１Ｃに対向する。内壁１１１Ｃは内壁１１１Ａ、１１１Ｂに繋がり、内壁１１２Ａは内壁１１１Ａ、１１１Ｂに繋がる。電極１２、１３は流路１１の内壁１１１Ａ上に設けられている。材料層１７は電極１２、１３および電極配線２５上に設けられている。電極配線２５は、電極１２、１３の間で内壁１１１Ａに設けられている。電極配線２５の長さは、電極１２と電極１３との間の距離Ｌよりも長い。電極配線２５は、直線部２５１と、直線部２５１に繋がる折り返し部２５２とを有する。
【００１３】
化学物質濃縮器２０は、電極１８、１９と、吸着材１４を冷却する冷却部１５とをさらに備えてもよい。材料層１７の一部分は電極１２、１８で挟まれている。材料層１７の別の一部分は電極１３、１９で挟まれている。
【００１４】
流路１１は、例えば、溝が設けられた下基板１１１と、溝を塞ぐ上基板１１２とで形成される。下基板１１１および上基板１１２は、例えば、樹脂や金属等の材料からなる。流路１１に面する内壁１１１Ａは、下基板１１１に形成された溝の底面である。内壁１１１Ｂは溝の一方の側面である。内壁１１１Ｃは溝の他方の側面である。内壁１１２Ａは溝の上端を塞ぐ上基板１１２の下面である。流路１１（中空部分１１Ｐ）は、流路１１が延びる延伸方向に沿った内壁１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１２Ａで囲まれた四角柱形状を有するが、さらなる内壁を有して４より多い面を有する多角柱形状を有していてもよい。流路１１（中空部分１１Ｐ）は、円形の断面を有して上記延伸方向に延びる円柱形状を有していてもよい。円柱形状を有する流路１１は、内壁面は内側曲面である。
【００１５】
電極１２は、流路１１内の内壁１１１Ａに設けられている。電極１２は、例えば、金、銅、白金、ニッケルクロム合金、カーボン等の導電材料よりなる。
【００１６】
電極１３は、流路１１内の内壁１１１Ａに設けられている。電極１３は、例えば、金、銅、白金、ニッケルクロム合金、カーボン等の導電材料よりなる。電極１２、１３は同じ材料より形成されていてもよい。
【００１７】
電極１２、１３は流路１１内の同一面である内壁１１１Ａ上に設けられている。電極１３は、電極１２に直接接触しないように電極１２から離間して配置されている。また、電極１２と電極１３とは、気体試料９０の流れる方向Ｄ２０に沿って配列されている。
【００１８】
なお、電極１２、１３は、気体試料９０の流れる方向Ｄ２０に直角の方向に配列されていてもよい。
【００１９】
電極配線２５は、電極１２、１３の間で内壁１１１Ａに設けられている。電極配線２５は、電極１２、１３に接続されている。
【００２０】
電極１２、１３を介して電極配線２５に電流を流して通電することにより、電極配線２５はジュール熱である熱を発生する。吸着材１４は、電極配線２５が発生するジュール熱により加熱される。吸着材１４に吸着した化学物質９２は、その熱により吸着材１４から脱離する。実施の形態では、電極配線２５は吸着材１４を約２００度に加熱して化学物質を吸着材１４から脱離させる。そのため、吸着材１４および材料層１７は熱を伝え易い材料よりなることが好ましい。
【００２１】
電極配線２５は、例えば、金、銅、白金、ニッケルクロム合金、カーボン等の導電材料よりなる。電極配線２５は、電極１２、１３と同じ材料よりなることが製造プロセス上好ましい。実施の形態における電極配線２５は、抵抗加熱に適した高い抵抗値を有する。つまり、電極配線２５は、電流を流した場合に電気エネルギーを熱エネルギーへ損失なく変換できるため、効率良く発熱することができる。なお、電極配線２５の抵抗値は１０Ω以上、１ｋΩ以下であることがさらに好ましい。電極配線２５の抵抗値が１０Ω以上、１ｋΩ以下であれば、電極配線２５は、より効率良く熱を発生することができる。
【００２２】
電極配線２５の長さは、電極１２、１３の間の距離Ｌよりも長い。つまり、電極配線２５の材料層１７と接触する面積が大きくなるように電極配線２５は配置される。これにより、電極配線２５の加熱できる領域が大きくなり、吸着材１４を均一に加熱することができる。
【００２３】
電極配線２５は、直線部２５１と、直線部２５１に繋がる折り返し部２５２とを有する。電極配線２５の厚みｈ２５は、例えば、２００ｎｍである。なお、電極配線２５の厚みｈ２５が２０ｎｍ未満の場合、電極配線２５は、断線する可能性が高くなる。また、電極配線２５の厚みｈ２５が１μｍ以上である場合、製造プロセスが複雑になる。そのため、好ましくは、電極配線の厚みｈ２５は、２０ｎｍ以上、１μｍ以下である。
【００２４】
電極配線２５はミアンダ形状を有する。電極配線２５の幅ｄ２５は、例えば、５０μｍである。電極配線２５の長さは、距離Ｌの１．４倍以上である。例えば、距離Ｌが１０ｍｍである場合には、電極配線２５の長さは１４ｍｍ以上である。
【００２５】
このように、高い抵抗値を有する電極配線２５を用いることにより、効率よく吸着材１４を加熱することができる。
【００２６】
材料層１７は電極１２、１３および電極配線２５上に形成されている。材料層１７は、電極１２、１３および電極配線２５と接触している。また、材料層１７は、電極配線の直線部２５１と直線部２５１との間で内壁１１１Ａと接触している。
【００２７】
材料層１７は、例えば、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｉｎ２−ｘＳｎｘＯ３（例えば、０．１≦ｘ≦０．２）、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２などの金属酸化物よりなる。材料層１７は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔなどの金属、カーボン、または、シリコンなどの材料より形成されていてもよい。材料層１７は、例えば、吸着材１４のシード層としての役割を有する。つまり、吸着材１４は、材料層１７上に形成されている。
【００２８】
材料層１７上には、電極１８、１９が形成されている。
【００２９】
電極１８は、材料層１７を介して電極１２と対向する位置に設けられている。つまり、材料層１７は、電極１２、１８に挟まれている。電極１８は、材料層１７の端部１７１の上面および側面を覆っている。電極１８は電極１２と接触している。この構成により、材料層１７の端部１７１が電極１２から剥離することを抑制することができる。
【００３０】
電極１９は、材料層１７を介して電極１３と対向する位置に設けられている。つまり、材料層１７は、電極１３、１９に挟まれている。電極１９は、材料層１７の端部１７２の上面および側面を覆っている。電極１９は電極１３と接触している。この構成により、材料層１７の端部１７２が電極１３から剥離することを抑制することができる。
【００３１】
このように、電極１８、１９により化学物質濃縮器２０の信頼性を向上させることができる。
【００３２】
吸着材１４は、気体試料９０に含まれる化学物質９２を吸着する。
【００３３】
吸着材１４は、電極１２、１３および内壁１１１Ａに形成された材料層１７に設けられる。吸着材１４は材料層１７を介して電極１２、１３に接続されている。
【００３４】
吸着材１４は、導電性を有するナノワイヤ１４１の集合体である。つまり、吸着材１４は、導電性を有する複数のナノワイヤ１４１の群として構成される。ナノワイヤ１４１は、例えば、導電性の金属酸化物で形成される。ナノワイヤの間には空隙１４３が設けられている。気体試料９０に含まれる化学物質９２は、空隙１４３を通過する間にナノワイヤ１４１に吸着される。
【００３５】
導電性を有するナノワイヤ１４１は、例えば、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｉｎ２−ｘＳｎｘＯ３（例えば、０．１≦ｘ≦０．２）、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２などの金属酸化物、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔなどの金属、カーボン、または、シリコンなどの材料よりなる。カーボンからなるナノワイヤは、例えばカーボンナノチューブであってもよい。すなわち、吸着材１４は、導電性を有し、かつ、ジュール効果により電極配線２５で発生した熱が効果的に伝達させる程度の熱伝導性を有している材料よりなる。
【００３６】
また、ナノワイヤ１４１は、表面が導電性の金属酸化物で覆われた樹脂等からなるワイヤでもよい。このように、導電性の金属酸化物で被覆することにより、吸着材１４は導電性を有する。
【００３７】
なお、吸着材１４は材料層１７と同じ材料よりなることが好ましい。吸着材１４と材料層１７とを同じ材料で形成することにより、吸着材１４と材料層１７との接着強度を高めることができ、これにより、吸着材１４が材料層１７から剥離することを抑制することができる。
【００３８】
なお、吸着材１４および材料層１７の抵抗値は電極配線２５の抵抗値よりも大きいことが好ましい。これにより、電極配線２５は十分大きな熱を発生して、効率良く吸着材１４を加熱することができる。吸着材１４および材料層１７の抵抗値が電極配線２５よりも小さい場合、電極１２、１３の間に流れる電流の大部分は電極配線２５を通らずに吸着材１４および材料層１７を通ることになる。そのため、電極配線２５は熱を十分発生することができず、吸着材１４を効率良く加熱することが難しくなる。
【００３９】
電極１２、１３には電極配線２５に電流を供給する電流供給部２２が接続されている。また、電極配線２５に流れる電流を制御する制御部２３が電流供給部２２に接続されている。
【００４０】
なお、電極配線２５に流れる電流密度は２００ｋＡ／ｃｍ２以上になるように制御部２３で電流を制御することが好ましい。これにより、電極配線２５は短時間で大きな熱を発生するため、吸着剤１４を短時間で効率良く加熱することができる。
【００４１】
冷却部１５は吸着材１４を冷却する。吸着材１４は冷却されることにより化学物質９２をより効率よく吸着できる。
【００４２】
冷却部１５は、下基板１１１の内壁１１１Ａに背向する面に設けられる。冷却部１５は、例えば、ペルチェ素子等である。このとき、冷却部１５に接続される制御部２３は、吸着材１４の冷却を制御する。
【００４３】
なお、冷却部１５は吸着材１４を冷却することができる任意の場所に設けられる。例えば、冷却部１５は流路１１の内部に設けられていてもよい。また、冷却部１５は電極１２または電極１３上に設けてもよい。電極１２、１３は高い熱伝導性を有する金属よりなるので、効率良く吸着材１４を冷却することができる。冷却部１５を電極１２上に設ける場合は、冷却部１５と電極１２の間に絶縁層を設けてもよい。同様に、冷却部１５を電極１３上に設ける場合は、冷却部１５と電極１３の間に絶縁層を設けてもよい。
【００４４】
また、吸着材１４に化学物質９２が十分吸着する場合、化学物質濃縮器２０は冷却部１５を備えていなくてもよい。
【００４５】
実施の形態における吸着材１４がナノワイヤ１４１を有する理由は、吸着材１４の比表面積を大きくすることで、高効率で化学物質９２を吸着して高効率で化学物質９２を濃縮するためである。ナノワイヤ１４１は非常に小さい熱容量を有するので、少ない電力で大きく温度を変化させることができる。
【００４６】
化学物質濃縮器２０は、電極配線２５が加熱器として機能し、消費電力の大きい外部ヒーターを用いずに吸着された化学物質９２を吸着材１４から脱離させることができる。
【００４７】
電極配線２５が発生する熱は、材料層１７を介して、吸着材１４に直接的に伝わり、吸着した化学物質９２の脱離に利用される。つまり、化学物質濃縮器２０は、外部ヒーターを用いるデバイスに比べて高い熱効率を有する。
【００４８】
一般的に、外部ヒーターを用いる場合、外部ヒーターが発する熱は、周囲に拡散するため、効率よく吸着材１４に伝わらない。また、熱効率が悪いと、吸着材１４を加熱するために余分な電力が必要となる。そのため、デバイスの消費電力が大きくなる。
【００４９】
外部ヒーターを用いる場合、数十〜数百ｍＷ程度の電力が必要である。一方、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術において、例えばＰｔ抵抗線よりなる加熱ヒーターで化学物質を脱離させるためには数ｍＷ以上の電力を加熱ヒーターに供給する必要がある。
【００５０】
特許文献１または特許文献２に開示されている従来の装置では、吸着した化学物質を検出器へ導入する際、外部ヒーターのような外付けの加熱器を用いる必要がある。加熱器を用いない場合には化学物質を十分脱離させない場合がある。
【００５１】
外部の加熱器を用いて吸着材を加熱する際、加熱器が発する熱の一部は周囲に拡散してしまい吸着材に伝わらない。つまり、外部器を用いる従来の装置は、加熱器の熱損失が大きいため、効率よく吸着材を加熱することができない。吸着材の加熱効率は吸着した物質の脱離のしやすさに影響する。
【００５２】
上述のように、実施の形態における化学物質濃縮器２０は、低消費電力で効率よく化学物質９２を吸着材１４から脱離させることで濃縮することができる。さらに、外部ヒーターを用いる必要がないため、化学物質濃縮器２０を小型化することができる。
【００５３】
次に、化学物質濃縮器２０の製造方法について説明する。
【００５４】
はじめに、Ｓｉ基板にエッチング等により溝を形成して、下基板１１１を作成する。その後、Ｓｉ基板上に設けた溝部の底面である流路１１に面する内壁１１１Ａに、電極１２、１３および電極配線２５を形成する。このとき、電極１２は電極１３と離間した位置に形成される。電極配線２５は電極１２、１３の間に設けられる。電極配線２５は電極１２、１３に接続されている。電極配線２５は、フォトリソグラフィにより形成されたミアンダ形状のレジストマスクを用いた蒸着あるいはスパッタリングにより形成される。実施の形態では電極１２、１３および電極配線２５はＡｕよりなる。
【００５５】
次に、マスクを用いた蒸着あるいはスパッタリングにより電極１２、１３と内壁１１１Ａと電極配線２５とに接触するＺｎＯ膜を形成する。このＺｎＯ層は材料層１７となる。
【００５６】
その後、マスクを用いた蒸着あるいはスパッタリングにより電極１２、１３と材料層１７を介してそれぞれ対向する位置に電極１８、１９を形成する。実施の形態において、電極１８、１９はＡｕよりなる。
【００５７】
上記工程により、Ｓｉ基板に設けた溝の底面において、ミアンダ形状を有する電極配線２５上にＺｎＯ膜が形成され、ＺｎＯ膜の一部が電極１２、１３、１８、１９で挟まれた構造を得ることができる。
【００５８】
続いて、ＺｎＯ膜をシード層とし、液相成長あるいは気相成長により複数のナノワイヤ１４１を形成する。ナノワイヤ１４１の材料は、シード層となる上記ＺｎＯ膜の材料と同じＺｎＯである。複数のナノワイヤ１４１がＺｎＯ膜上に形成されて、集合体を形成する。吸着材１４は、例えば、ナノワイヤ１４１の集合体である。ナノワイヤ１４１は、電極１２、１３、１８、１９で挟まれていないシード層である材料層１７上にのみ形成される。
【００５９】
最後に、上基板１１２としてＳｉ基板をナノワイヤ１４１の集合体である吸着材１４との間に空隙が形成されるように下基板１１１に貼り合わせる。流路１１は上基板１１２と下基板１１１との間の溝に形成される。
【００６０】
さらに、下基板１１１の下側に冷却部１５を設ける。冷却部１５は、例えば、ペルチェ素子よりなる。冷却部１５は、材料層１７と内壁１１１Ａについて吸着材１４の直下のである反対側に設けられることが好ましい。
【００６１】
以上の方法により、実施の形態における化学物質濃縮器２０を得ることができる。
【００６２】
なお、材料層１７は、吸着材１４を形成するためのシード層に限られない。例えば、吸着材１４の成長にシード層を必要としない場合、材料層１７は、例えば、吸着材１４の形成過程で内壁１１１Ａに形成される吸着材の一部の層である。具体的には、吸着材１４を形成する互いに隣りあうナノワイヤ１４１は、内壁１１１Ａに向かう方向の根元の部分で互いに接合している。ナノワイヤ１４１同士の接合により形成される層で材料層１７が構成されてもよい。材料層１７は、電極１２、１３の間の内壁１１１Ａに沿って設けられている。
【００６３】
このように、吸着材１４と材料層１７は、一体として形成される構成の部分であっても、別体として形成される構成であってもよい。化学物質濃縮器２０において、電流は電極配線２５を介して電極１２、１３の間に流れる。材料層１７は電極配線２５の上面に形成されている。また、材料層１７は電極１２、１８に挟まれた部分である端部１７１と、電極１３、１９に挟まれた部分である端部１７２とを有する。
【００６４】
図４は実施の形態における他の化学物質濃縮器２０Ａの断面図である。図４において、図３に示す化学物質濃縮器２０と同じ部分には同じ参照番号を付す。化学物質濃縮器２０Ａは、図３に示す化学物質濃縮器２０の吸着材１４の変わりに吸着材１４２を備える。図３に示す化学物質濃縮器２０の吸着材１４はナノワイヤ１４１で形成されている。図４に示す化学物質濃縮器２０Ａの吸着材１４２は、気体試料９０が通過できる空隙１４３を有する多孔質体よりなる。吸着材１４２は導電性を有する金属酸化物等の、ナノワイヤ１４１と同じ材料よりなる。なお、多孔質体である吸着材１４２は、多数の空隙１４３がランダムに配置された構造を有する。したがって、吸着材１４２は熱を伝達する多くの伝達経路を有するので、加熱時における吸着材１４２の部分の位置による温度のばらつきは小さい。
【００６５】
また、多孔質体である吸着材１４２は、カーボンや樹脂で形成された多孔質の構造体と、この構造体の表面を被覆する高い熱伝導性を有する金属酸化物等の皮膜とを有していてもよい。この構成により、化学物質９２が吸着する多孔質体の表面を熱が伝わり易くすることができるので、吸着材１４２に吸着された化学物質９２を効率よく吸着材１４２から脱離させることができる。
【００６６】
図５Ａは実施の形態におけるさらに他の化学物質濃縮器２０Ｂの断面図である。図５Ａにおいて、図３に示す化学物質濃縮器２０と同じ部分には同じ参照番号を付す。化学物質濃縮器２０Ｂは、流路１１の内壁１１１Ａと材料層１７との間に設けられた断熱層１６を備える。断熱層１６は、吸着材１４および材料層１７で生じる熱が下基板１１１を介して外部に逃げることを抑制する。断熱層１６は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネートなどの樹脂材料よりなる。また、断熱層１６は、例えば、ＺｒＯ２、Ａｌ２ＴｉＯ５などの金属酸化物材料、ガラス材料、または、シリカエアロゲル、発泡性ポリマーなどの多孔質材料より形成されていてもよい。
【００６７】
化学物質濃縮器２０、２０Ａ、２０Ｂでは、吸着材１４と上基板１１２との間に隙間１１２Ｐが設けられている。吸着材１４と上基板１１２との間に隙間１１２Ｐにより、電極配線２５から吸着材１４へ伝わる熱が上基板１１２に逃げることを抑制することができる。
【００６８】
図５Ｂは実施の形態におけるさらに他の化学物質濃縮器２０Ｆの断面図である。図５Ｂにおいて、図３に示す化学物質濃縮器２０と同じ部分には同じ参照番号を付す。上基板１１２は、内壁１１２Ａに設けられた断熱層８１を有する。吸着材１４は上基板１１２の壁面１１２Ａの断熱層８１と接触する。これにより、吸着材１４と上基板１１２とが接触していても、電極配線２５から吸着材１４へ伝わる熱が上基板１１２に逃げることを抑制することができる。
【００６９】
図５Ｃは実施の形態におけるさらに他の化学物質濃縮器２０Ｇの断面図である。図５Ｃにおいて、図３に示す化学物質濃縮器２０と同じ部分には同じ参照番号を付す。
【００７０】
化学物質濃縮器２０Ｇでは、基板１１１の材料層１７が設けられた内壁１１１Ａの部分１１１Ｐが局部的に薄くなっている。これにより、基板１１１の内壁１１１Ａの部分１１１Ｐの熱容量を小さくして効率よく速く吸着材１４を加熱することができる。
【００７１】
図５Ｄは実施の形態におけるさらに他の化学物質濃縮器２０Ｈの拡大断面図である。図５Ｄにおいて、図３に示す化学物質濃縮器２０と同じ部分には同じ参照番号を付す。図５Ｄは吸着材１４を拡大してナノワイヤ１４１を示す。
【００７２】
図５Ｄに示す化学物質濃縮器２０Ｈの吸着材１４のナノワイヤ１４１の表面には表面コート１４１Ｓが設けられている。表面コート１４１Ｓはナノワイヤ１４１を部分的に覆っている。表面コート１４１Ｓの材料は、吸着材１４が吸着する化学物質９２に応じて決定する。化学物質濃縮器２０Ｈの吸着材１４は表面コート１４１Ｓの材料に応じた化学物質９２を吸着することができる。
【００７３】
図６は実施の形態における化学物質濃縮器２０（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｆ）の他の電極配線２６を模式的に示す上面透視図である。電極配線２６は電極配線２５と同じ材料よりなり同じ機能を有する。
【００７４】
電極配線２６は、曲線部２６Ａ１、２６Ａ２と折り返し部２６Ｂとを有する。曲線部２６Ａ１、２６Ａ２は、例えば、半弧形状を有して繋がる複数の配線パターンよりなり、電極１２、１３にそれぞれ接続されている。電極１２に接続されている曲線部２６Ａ１は折り返し部２６Ｂで曲線部２６Ａ２に接続され、折り返され、曲線部２６Ａ２が電極１３に接続されている。このように、電極配線２６の長さは、電極１２と電極１３との間の距離Ｌよりも長い。この構成により、電極配線２６は効率良く熱を発生することができ、吸着材１４を効率良く加熱することができる。
【００７５】
図７は、実施の形態におけるさらに他の電極配線２７を模式的に示す上面透視図である。
【００７６】
電極配線２７は、電極１２と電極１３とを繋ぐ複数の直線部２７Ａよりなる。複数の直線部２７Ａは、電極１２および電極１３の間に並列に接続されて配置されている。そのため、電極配線２７の抵抗値は全体として小さくなる。一方で、複数の直線部２７Ａにより、材料層１７を加熱できる領域は大きくなる。また、同一の領域を１つの電極膜で加熱する場合と比較すると、複数の直線部２７Ａで構成した電極配線２７の方が、１つの電極膜で構成した加熱部に比べて、抵抗値は大きくなる。そのため、電極配線２７は、材料層１７の吸着材１４が形成された領域を効率よく加熱することができる。
【００７７】
なお、電極配線２７は１本の直線部２７Ａのみにより形成されてもよい。この場合、電極配線の長さは、電極１２と電極１３との間の距離Ｌと同じ長さである。１本の直線部２７Ａからなる電極配線２７は、複数の直線部２７Ａからなる電極配線２７よりも、直線部の幅が同じであれば、大きい抵抗値を有する。そのため、１本の直線部からなる電極配線は、複数の直線部２７Ａからなる電極配線２７と比較して、発熱効率が高い。また、電極配線２７で発生した熱は材料層１７を介して吸着材１４に直接伝達される。そのため、例えば、少量の化学物質９２を吸着材１４から脱離させる等、狭い領域に形成された吸着材１４に吸着された化学物質９２を脱離させる場合は、このような構成でも、効率よく化学物質９２を脱離させることができる。
【００７８】
図８は、実施の形態におけるさらに他の化学物質濃縮器２０Ｃの構成図である。図８において、図１に示す化学物質濃縮器２０と同じ部分には同じ参照番号を付す。
【００７９】
化学物質濃縮器２０Ｃは、図１に示す流路１１と同じ構造をそれぞれ有する複数の流路１１ａ、１１ｂ、１１ｃを有する。複数の流路１１ａ、１１ｂ、１１ｃの内部に吸着材１４ａ、１４ｂ、１４ｃが配置されている。吸着材１４ａは、電極１２ａ、１３ａに接続されている電極配線２５ａ上に形成された材料層１７ａ上に配置されている。吸着材１４ｂは、電極１２ｂ、１３ｂに接続されている電極配線２５ｂ上に形成された材料層１７ｂ上に配置されている。吸着材１４ｃは、電極１２ｃ、１３ｃに接続されている電極配線２５ｃ上に形成された材料層１７ｃ上に配置されている。電極１２ａ〜１２ｃは図１に示す電極１２と同じ材料よりなり同じ構造を有する。電極１３ａ〜１３ｃは図１に示す電極１３と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。電極配線２５ａ〜２５ｃは図１に示す電極配線２５と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。材料層１７ａ〜１７ｃは図１に示す材料層１７と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。吸着材１４ａ〜１４ｃは図１に示す吸着材１４と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。
【００８０】
図９は、実施の形態におけるさらに他の化学物質濃縮器２０Ｄの構成図である。図９において、図１に示す化学物質濃縮器２０と同じ部分には同じ参照番号を付す。
【００８１】
化学物質濃縮器２０Ｄは、複数の吸着材１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇを有する。吸着材１４ｄは、電極１２ｄ、１３ｄに接続されている電極配線２５ｄ上に形成された材料層１７ｄ上に設けられている。吸着材１４ｅは、電極１２ｅ、１３ｅに接続されている電極配線２５ｅ上に形成された材料層１７ｅ上に設けられている。吸着材１４ｆは、電極１２ｆ、１３ｆに接続されている電極配線２５ｆ上に形成された材料層１７ｆ上に設けられている。吸着材１４ｇは、電極１２ｇ、１３ｇに接続されている電極配線２５ｇ上に形成された材料層１７ｇ上に設けられている。電極１２ｅ〜１２ｇは図１に示す電極１２と同じ材料よりなり同じ構造を有する。電極１３ｅ〜１３ｇは図１に示す電極１３と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。電極配線２５ｅ〜２５ｇは図１に示す電極配線２５と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。材料層１７ｅ〜１７ｇは図１に示す材料層１７と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。吸着材１４ｅ〜１４ｇは図１に示す吸着材１４と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。
【００８２】
つまり、吸着材１４ｄ〜１４ｇは、一つの流路１１内において互いに分かれて配置されている。吸着材１４ｄ〜１４ｇは、気体試料９０の流れる方向Ｄ２０に沿って並んで配置されている。
【００８３】
図１０は、実施の形態におけるさらに他の化学物質濃縮器２０Ｅの構成図である。図１０において、図１に示す化学物質濃縮器２０と同じ部分には同じ参照番号を付す。
【００８４】
化学物質濃縮器２０Ｅは、複数の吸着材１４ｈ、１４ｉ、１４ｊを有する。吸着材１４ｈは、電極１２ｈ、１３ｈに接続されている電極配線２５ｈの上に形成された材料層１７ｈ上に設けられている。吸着材１４ｉは、電極１２ｉ、１３ｉに接続されている電極配線２５ｉの上に形成された材料層１７ｉ上に設けられている。吸着材１４ｊは、電極１２ｊ、１３ｊに接続されている電極配線２５ｊの上に形成された材料層１７ｊ上に設けられている。電極１２ｈ〜１２ｊは図１に示す電極１２と同じ材料よりなり同じ構造を有する。電極１３ｈ〜１３ｊは図１に示す電極１３と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。電極配線２５ｈ〜２５ｊは図１に示す電極配線２５と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。材料層１７ｈ〜１７ｊは図１に示す材料層１７と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。吸着材１４ｈ〜１４ｊは図１に示す吸着材１４と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。
【００８５】
つまり、吸着材１４ｈ〜１４ｊは、一つの流路１１内において互いに分かれて配置されている。吸着材１４ｈ〜１４ｊは、気体試料９０の流れる方向Ｄ２０に対して直角の方向に並んで配置されている。
【００８６】
吸着材１４ａ〜１４ｊの下に配置された電極配線２５ａ〜２５ｊに接続された電極１２ａ〜１２ｊ、１３ａ〜１３ｊは電流供給部２２に電気的に接続されている。電流供給部２２は、電極配線２５ａ〜２５ｊのそれぞれに接続された電極１２ａ〜１２ｊ、１３ａ〜１３ｊに対して選択的に電流を供給することができる。
【００８７】
図９に示す化学物質濃縮器２０Ｄでは複数の吸着材１４ｄ〜１４ｇが互いに分かれて一つの流路１１内に設けられている。この場合には、複数の吸着材１４ｄ〜１４ｇが、互いに異なる材料より形成されていてもよい。または、複数の吸着材１４ｄ〜１４は、互いに異なる材料よりなる表面コート１４１Ｓ（図５Ｄ参照）が設けられた表面を有するナノワイヤより形成されていてもよい。これにより、吸着材１４ｄ〜１４ｇは互いに異なる化学物質９２を吸着することができる。したがって、化学物質濃縮器２０Ｄは、気体試料９０に含まれる化学物質９２を選択的に、吸着し濃縮することができる。
【００８８】
図１０に示す化学物質濃縮器２０Ｅでは、複数の吸着材１４ｈ〜１４ｊが互いに分かれて一つの流路１１内に設けられている。この場合には、複数の吸着材１４ｈ〜１４ｊが、互いに異なる材料より形成されていてもよい。または、複数の吸着材１４ｈ〜１４ｊは、互いに異なる材料よりなる表面コート１４１Ｓ（図５Ｄ参照）が設けられた表面を有するナノワイヤより形成されていてもよい。これにより、吸着材１４ｈ〜１４ｊは、異なる化学物質９２を吸着することができる。したがって、化学物質濃縮器２０Ｅは気体試料９０に含まれる化学物質９２を選択的に、吸着し濃縮することができる。
【００８９】
化学物質９２は、同じ極性を有するものに対して吸着しやすい。したがって、高極性分子の化学物質９２は、高極性の表面を有する吸着材１４に吸着しやすい。また、無極性分子の化学物質９２は、無極性の表面を有する吸着材１４に吸着しやすい。このように、吸着材１４は、その材料によって、化学物質９２の吸着し易さが異なる。
【００９０】
材料や表面コート１４１Ｓ等により吸着材１４の性質を変えることで、化学物質濃縮器２０Ｃは、複数の化学物質９２を複数の吸着材１４ａ〜１４ｃに分けて選択的に吸着させることができる。化学物質濃縮器２０Ｄは、複数の化学物質９２を複数の吸着材１４ｄ〜１４ｇに分けて選択的に吸着させることができる。化学物質濃縮器２０Ｅは、複数の化学物質９２を複数の吸着材１４ｈ〜１４ｊに分けて選択的に吸着させることができる。
【００９１】
複数の吸着材１４ａ〜１４ｃが互いに分かれて設けられている化学物質濃縮器２０Ｃでは、電極配線２５に電流を供給する電流供給部２２は、吸着材１４ａ〜１４ｃの下に設けられた電極配線２５ａ〜２５ｃに接続された電極１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃに対して選択的に電流を供給してもよい。同様に、化学物質濃縮器２０Ｄでは、電流供給部２２は、吸着材１４ｄ〜１４ｇの下にそれぞれ設けられた電極配線２５ｄ〜２５ｇに接続された電極１２ｄ〜１２ｇ、１３ｄ〜１３ｇに対して選択的に電流を供給してもよい。同様に、化学物質濃縮器２０Ｅでは、電流供給部２２は、吸着材１４ｈ〜１４ｊの下にそれぞれ設けられた電極配線２５ｈ〜２５ｊに接続された電極１２ｈ〜１２ｊ、１３ｈ〜１３ｊに対して選択的に電流を供給してもよい。
【００９２】
これにより、吸着材１４ａ〜１４ｃ、１４ｄ〜１４ｇ、１４ｈ〜１４ｊに吸着した化学物質９２を脱離するタイミングを互いに独立に制御することができる。したがって、化学物質濃縮器２０Ｃ〜２０Ｅは、検出対象の化学物質９２のみを吸着材１４ａ〜１４ｃ、１４ｄ〜１４ｇ、１４ｈ〜１４ｊから脱離させ、検出部２１に送ることが可能になる。
【００９３】
なお、複数の吸着材１４ａ〜１４ｃ、１４ｄ〜１４ｇ、１４ｈ〜１４ｊの下にそれぞれ設けられた電極配線２５ａ〜２５ｃ、２５ｄ〜２５ｇ、２５ｈ〜２５ｊに接続された電極１２ａ〜１２ｃ、１２ｄ〜１２ｇ、１２ｈ〜１２ｊは、別々の電極でなくてもよく、電極１３ａ〜１３ｃ、１３ｄ〜１３ｇ、１３ｈ〜１３ｊは別々の電極でなくてもよい。例えば、１つの電極１２および１つの電極１３に、複数の吸着材１４ａ〜１４ｃ、１４ｄ〜１４ｇ、１４ｈ〜１４ｊの下の電極配線２５ａ〜２５ｃ、２５ｄ〜２５ｇ、２５ｈ〜２５ｊに対して分けて接続するように配置してもよい。
【００９４】
図１１は、実施の形態における化学物質検出装置４０を模式的に示す上面斜視図である。気体試料９０は方向Ｄ２０に流れる。
【００９５】
化学物質検出装置４０は、化学物質濃縮器２０の後段、つまり下流側に設けられた検出部２１を備える。検出部２１は、流路１１内に設けられた検出素子２１１を備える。
【００９６】
検出素子２１１は、例えば、半導体式センサ、電気化学式センサ、表面弾性波素子または電界効果トランジスタを用いたバイオセンサ、または、光学センサなどを用いることができる。
【００９７】
化学物質検出装置４０は、化学物質濃縮器２０で気体試料９０中の化学物質９２を濃縮し、濃縮された化学物質９２を検出部２１で検出する。したがって、化学物質検出装置４０は、感度良く化学物質９２を検出することができる。
【００９８】
以上、一つまたは複数の態様に係る化学物質濃縮器および化学物質検出装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本開示における化学物質濃縮器は、例えば、身の回りの揮発性有機化合物を検出可能な超小型化学センサに有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１１    流路
１１１    下基板
１１１Ａ    内壁
１１２    上基板
１２，１２ａ〜１２ｉ    電極（第１の電極、第３の電極）
１３，１３ａ〜１３ｉ    電極（第２の電極、第４の電極）
１４，１４ａ〜１４ｉ    吸着材
１４１    ナノワイヤ
１４２    多孔質体
１４３    空隙
１５    冷却部
１６    断熱層
１７，１７ａ〜１７ｉ    材料層
１８    電極（第３の電極）
１９    電極（第４の電極）
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ    化学物質濃縮器
２１    検出部
２１１    検出素子
２２    電流供給部
２３    制御部
２５，２５ａ〜２５ｉ，２６，２７    電極配線
４０    化学物質検出装置
９０    気体試料
９２    化学物質
【図１】
2018079174.tif 000003
【図２】
2018079174.tif 000004
【図３】
2018079174.tif 000005
【図４】
2018079174.tif 000006
【図５Ａ】
2018079174.tif 000007
【図５Ｂ】
2018079174.tif 000008
【図５Ｃ】
2018079174.tif 000009
【図５Ｄ】
2018079174.tif 000010
【図６】
2018079174.tif 000011
【図７】
2018079174.tif 000012
【図８】
2018079174.tif 000013
【図９】
2018079174.tif 000014
【図１０】
2018079174.tif 000015
【図１１】
2018079174.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月17日(2019.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
化学物質濃縮器２０は、化学物質９２を含む気体試料９０が流れる中空部分１１Ｐを有する流路１１と、流路１１の中空部分１１Ｐに設けられた電極１２と、電極１２と離間して中空部分１１Ｐに設けられた電極１３と、電極１２、１３に接続された電極配線２５と、電極配線２５上に設けられた材料層１７と、材料層１７上に設けられた吸着材１４とを備える。流路１１は、中空部分１１Ｐに面する内壁１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１２Ａを有する。内壁１１１Ｂは中空部分１１Ｐを介して内壁１１１Ｃに対向し、内壁１１２Ａは中空部分１１Ｐを介して内壁１１１Ａに対向する。内壁１１１Ｃは内壁１１１Ａ、１１１Ｂに繋がり、内壁１１２Ａは内壁１１１Ａ、１１１Ｂに繋がる。電極１２、１３は流路１１の内壁１１１Ａ上に設けられている。材料層１７は電極１２、１３および電極配線２５上に設けられている。電極配線２５は、電極１２、１３の間で内壁１１１Ａに設けられている。電極配線２５の長さは、電極１２と電極１３との間の距離Ｌよりも長い。電極配線２５は、直線部２５１と、直線部２５１に繋がる折り返し部２５２とを有する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
なお、電極配線２５に流れる電流密度は２００ｋＡ／ｃｍ２以上になるように制御部２３で電流を制御することが好ましい。これにより、電極配線２５は短時間で大きな熱を発生するため、吸着材１４を短時間で効率良く加熱することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
さらに、下基板１１１の下側に冷却部１５を設ける。冷却部１５は、例えば、ペルチェ素子よりなる。冷却部１５は、材料層１７と内壁１１１Ａについて吸着材１４の直下である反対側に設けられることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
化学物質濃縮器２０Ｄは、複数の吸着材１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇを有する。吸着材１４ｄは、電極１２ｄ、１３ｄに接続されている電極配線２５ｄ上に形成された材料層１７ｄ上に設けられている。吸着材１４ｅは、電極１２ｅ、１３ｅに接続されている電極配線２５ｅ上に形成された材料層１７ｅ上に設けられている。吸着材１４ｆは、電極１２ｆ、１３ｆに接続されている電極配線２５ｆ上に形成された材料層１７ｆ上に設けられている。吸着材１４ｇは、電極１２ｇ、１３ｇに接続されている電極配線２５ｇ上に形成された材料層１７ｇ上に設けられている。電極１２ｄ〜１２ｇは図１に示す電極１２と同じ材料よりなり同じ構造を有する。電極１３ｄ〜１３ｇは図１に示す電極１３と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。電極配線２５ｄ〜２５ｇは図１に示す電極配線２５と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。材料層１７ｄ〜１７ｇは図１に示す材料層１７と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。吸着材１４ｄ〜１４ｇは図１に示す吸着材１４と同じ材料よりなり同じ構造と機能を有する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
図９に示す化学物質濃縮器２０Ｄでは複数の吸着材１４ｄ〜１４ｇが互いに分かれて一つの流路１１内に設けられている。この場合には、複数の吸着材１４ｄ〜１４ｇが、互いに異なる材料より形成されていてもよい。または、複数の吸着材１４ｄ〜１４ｊは、互いに異なる材料よりなる表面コート１４１Ｓ（図５Ｄ参照）が設けられた表面を有するナノワイヤより形成されていてもよい。これにより、吸着材１４ｄ〜１４ｇは互いに異なる化学物質９２を吸着することができる。したがって、化学物質濃縮器２０Ｄは、気体試料９０に含まれる化学物質９２を選択的に、吸着し濃縮することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
１１    流路
１１１    下基板
１１１Ａ    内壁
１１２    上基板
１２，１２ａ〜１２ｉ    電極（第１の電極、第３の電極）
１３，１３ａ〜１３ｉ    電極（第２の電極、第４の電極）
１４，１４ａ〜１４ｉ    吸着材
１４１    ナノワイヤ
１４２    吸着材
１４３    空隙
１５    冷却部
１６    断熱層
１７，１７ａ〜１７ｉ    材料層
１８    電極（第３の電極）
１９    電極（第４の電極）
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ    化学物質濃縮器
２１    検出部
２１１    検出素子
２２    電流供給部
２３    制御部
２５，２５ａ〜２５ｉ，２６，２７    電極配線
４０    化学物質検出装置
９０    気体試料
９２    化学物質
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体試料に含まれる化学物質を濃縮する化学物質濃縮器であって、
前記気体試料が流れる中空部分を構成し、前記中空部分に面する第１の内壁を有する流路と、
前記流路の前記第１の内壁上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極と離間して前記第１の内壁上に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極とに接続されて、通電により熱を発生する第１の電極配線と、
前記第１の電極配線上に設けられて前記発生した熱を伝達する第１の材料層と、
前記第１の材料層上に設けられて、前記化学物質を吸着し、かつ前記伝達された熱により前記吸着した化学物質を脱離させる第１の吸着材と、
を備えた化学物質濃縮器。
【請求項２】
前記第１の電極配線の長さは前記第１の電極と前記第２の電極との間の距離よりも長い、請求項１に記載の化学物質濃縮器。
【請求項３】
前記第１の電極配線は、直線部と、前記直線部に繋がる折り返し部とを有する、請求項２に記載の化学物質濃縮器。
【請求項４】
前記第１の電極配線はミアンダ形状を有する、請求項３に記載の化学物質濃縮器。
【請求項５】
前記第１の電極配線は曲線部を有する、請求項２に記載の化学物質濃縮器。
【請求項６】
前記第１の吸着材は導電性のナノワイヤよりなる、請求項１に記載の化学物質濃縮器。
【請求項７】
前記ナノワイヤおよび前記第１の材料層は同じ金属酸化物を含む、請求項６に記載の化学物質濃縮器。
【請求項８】
前記ナノワイヤは金属酸化物と、前記金属酸化物で覆われたカーボンナノチューブとを有する、請求項６に記載の化学物質濃縮器。
【請求項９】
前記第１の吸着材は導電性の多孔質体よりなる、請求項１に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１０】
前記第１の材料層上に設けられた第３の電極と、
前記第１の材料層上に設けられた第４の電極と、
をさらに備え、
前記第１の材料層は前記第１の電極と前記第２の電極とまで延び、
前記第１の材料層は前記第１の電極と前記第３の電極とで挟まれており、かつ前記第２の電極と前記第４の電極とで挟まれている、請求項１に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１１】
前記第１の材料層は、前記第１の電極と前記第２の電極とが設けられた第１の表面と、前記第１の表面の反対側で前記第３の電極と前記第４の電極とが設けられた第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面とに繋がる第１の側面と、前記第１の側面の反対側で前記第１の表面と前記第２の表面とに繋がる第２の側面とを有し、
前記第３の電極は前記第１の材料層の前記第１の表面の一部と前記第１の側面とを覆うとともに前記第１の電極と接触し、
前記第４の電極は前記第１の材料層の前記第２の表面の一部と前記第２の側面とを覆うとともに前記第２の電極と接触している、請求項１０に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１２】
前記第１の吸着材を冷却する冷却部をさらに備えた、請求項１から１１のいずれか一項に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１３】
前記第１の内壁と前記第１の材料層との間に設けられた断熱層をさらに備えた、請求項１から１２のいずれか一項に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１４】
前記流路は、前記中空部分に面してかつ前記中空部分を介して前記第１の内壁に対向する第２の内壁をさらに有する、請求項１に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１５】
熱を伝達する第２の材料層と、
前記第２の材料層上に設けられた第２の吸着材と、
をさらに備え、
前記第２の吸着材は、前記化学物質を吸着し、かつ前記第２の吸着材により吸着した前記化学物質を前記第２の材料層で伝達された前記熱により前記第２の吸着材から脱離させる、請求項１に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１６】
前記第１の吸着材と前記第２の吸着材とは、材料または表面に設けられた表面コートが互いに異なる、請求項１５に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１７】
前記流路内に設けられた第３の電極と、
前記第３の電極と離間して前記流路内に設けられた第４の電極と、
前記第３の電極と前記第４の電極とに接続されて、通電により熱を発生する第２の電極配線と、
前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極と前記第４の電極とに選択的に電流を供給する電流供給部と、
をさらに備え、
前記第２の材料層は、前記第２の電極配線上に設けられて前記第２の電極配線で発生した前記熱を伝達し、
前記第２の吸着材は、前記第２の吸着材により吸着した前記化学物質を前記第２の材料層により伝達された前記熱により前記第２の吸着材から脱離させる、請求項１５または１６に記載の化学物質濃縮器。
【請求項１８】
請求項１に記載の化学物質濃縮器と、
前記濃縮された化学物質を検出する検出部と、
を備えた、化学物質検出装置。
【国際調査報告】
2018079174.tif 000017
2018079174.tif 000018
2018079174.tif 000019
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