水素ガス検知素子
【課題】安全に、水素ガスの存在を検知し得るようにする。
【解決手段】水素ガス検知素子１０１は、所定のインピーダンスを有する等価回路を構成する回路素子の一部である櫛型電極１１２が、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した酸化タングステンによって被覆され、酸化タングステンの導電性が、水素原子が解離吸着されることにより変化し、等価回路のインピーダンスが、酸化タングステンの導電性の変化に応じて変化する構成となっている。
【解決手段】水素ガス検知素子１０１は、所定のインピーダンスを有する等価回路を構成する回路素子の一部である櫛型電極１１２が、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した酸化タングステンによって被覆され、酸化タングステンの導電性が、水素原子が解離吸着されることにより変化し、等価回路のインピーダンスが、酸化タングステンの導電性の変化に応じて変化する構成となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス検知素子に関し、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した金属酸化物を備えることにより、常温下で、水素を検知することができるようにした水素ガス検知素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素は、二酸化炭素をはじめとする温暖化ガスを排出しないクリーンなエネルギー源として近年脚光を浴びているが、爆発危険性を有する物質であり、その利用にあっては信頼性のある漏洩検知が必要となる。
【０００３】
ところで酸化タングステンは、還元反応によりタングステンブロンズを形成し、電気的又は光学的特性が大きく変化することから、水素感応材料として用いられている。
【０００４】
酸化タングステンは、例えば、式（１）に示すように、電気化学的還元に伴うプロトンやアルカリ金属イオンの注入により、タングステンブロンズが生成される。式（１）中、Ａは、水素（Ｈ）、リチウム（Ｌｉ）、又はナトリウム（Ｎａ）等の元素を表し、ｘは、０＜ｘ＜１の範囲の数値である。
ＷＯ３＋ｘＡ＋＋ｘｅ− ⇔ AxWO3 ・・・（１）
【０００５】
また酸化タングステンは、透明に近い薄黄緑色を呈するが、タングステンブロンズは、その多くが濃青色を呈する。酸化タングステンの光の吸収は、式（２）に示すように、５価のタングステンと６価のタングステンとの間を遷移する電子による原子価間移動によって行われる。即ち受光によって、Ｗ６＋が電子を受け取りＷ５＋となり、そこに局在化した電子がカラーセンサーとして光の吸収に寄与するためと考えられる。式（２）中、ＡとＢは、電子の位置を示している。
Ｗ５＋（Ａ）＋Ｗ６＋（Ｂ） → Ｗ６＋（Ａ）＋Ｗ５＋（Ｂ）・・・（２）
【０００６】
なおNaxWO3は、xの値によって呈する色が異なり、x＝0.9で黄金色、x＝0.6で橙赤色、x＝0.3で暗青色となることが知られている。
【０００７】
例えばこのように酸化タングステンの還元反応が行われるが、これらの反応は、酸化タングステンが、電気化学反応又は光化学反応の助けを借りて常温下で還元されるというものである。
【０００８】
即ちこれらの還元反応に基づいて酸化タングステンを水素感応材料として利用する場合、例えば電気的又は光学的構成が別途必要となる。電極間に電圧を印加するための機器が必要となる水素ガスについては、特許文献１に開示されている。
【０００９】
そこで、例えば電気的又は光学的構成が不要な、水素の化学的な還元力による還元反応に基づいて酸化タングステンを水素感応材料として用いることも考えられる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−３２８１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、水素の化学的な還元力による酸化タングステンの還元反応は、通常、高温下でのみ確認されている。
【００１２】
即ち水素の化学的な還元力による還元反応に基づいて酸化タングステンを水素感応材料として用いる場合、素子を加熱する必要があり、例えば引火性ガスである水素ガスの着火源となる等の課題があった。
【００１３】
本発明は、このような背景の下に案出されたものであり、常温下における水素の化学的な還元力による酸化タングステンの還元反応を可能とし、安全で、かつ簡単な構成で、水素の存在を検知し得るようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一側面は、所定の電気的特性を有する回路素子と、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した金属酸化物とを備える水素ガス検知素子において、前記回路素子の少なくとも一部が、前記金属酸化物によって被覆され、前記金属酸化物の導電性は、前記金属酸化物に水素原子が解離吸着されることにより変化し、前記回路素子の電気的特性は、前記金属酸化物の導電性の変化に応じて変化することを特徴とする水素ガス検知素子である。
【００１５】
前記金属酸化物は、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した酸化タングステンであり、前記酸化タングステンに解離吸着された水素原子による還元力によりタングステンブロンズが生成されることによって、前記酸化タングステンの導電性が変化するようにすることもできる。
【００１６】
前記回路素子は、所定のインピーダンスを有する等価回路で表され、前記インピーダンス又は位相は、前記金属酸化物の導電性の変化に応じて変化するようにすることもできる。
【００１７】
前記等価回路は、所定の共振周波数を有し、前記等価回路の共振周波数は、前記金属酸化物の導電性の変化に応じた前記インピーダンスの変化に応じて変化するようにすることもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、常温下において、水素の化学的な還元力による酸化タングステンの還元反応を可能とし、簡易な構成で、水素の存在を検知し得るようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明を適用した水素ガス検知素子１の外観構成例の上面図であり、図２は、その下面図である。また、図３は、図１のＡ−Ａ’線による断面図である。
【００２０】
基板１１は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステルなどの誘電材料を、板状に成形した部材である。
【００２１】
基板１１の上面には（図１）、そのほぼ中央の矩形状領域１１Ａに薄膜電極１３が設けられている。またアンテナコイル１２が、薄膜電極１３の周りに、矩形を５重に巻回した形状をなして配置されている。アンテナコイル１２の最外周の端は、上下方向に貫かれたスルーホール１４と繋がっており、最内周の端は、薄膜電極１３と電気的に接続されている。
【００２２】
基板１１の下面には（図２）、薄膜電極１５が、上面の薄膜電極１３に対向する位置に配置されている。またリード線１６が、スルーホール１４の下面の側から薄膜電極１５に向かって延在している。
【００２３】
なおアンテナコイル１２、薄膜電極１３，１５は、約1000Åのチタン（Ｔi）の下地に白金（Ｐｔ）（約3000Å）の膜が積層されて基板１１上に形成されている。またアンテナコイル１２を構成する矩形間の間隔は、例えば500μｍ以下となっている。
【００２４】
このように薄膜電極１３，１５が、基板１１の上下両面にそれぞれ配置されていることから、電気的には、コンデンサが形成される。従って、水素ガス検知素子１は、電気的には、ＬＣ共振回路と等価となる。
【００２５】
図４は、水素ガス検知素子１の等価回路を示している。図４に示すように、水素ガス検知素子１は、電気的には、アンテナコイル１２、及び基板１１と薄膜電極１３，１５からなるコンデンサ３１を並列接続したものとして表現される。
【００２６】
なおコイル及びコンデンサからなる等価回路の共振周波数は、コイルのインダクタンス及びコンデンサの静電容量と、式（３）に示す関係がある。
【００２７】
【数１】
【００２８】
式（３）において、Ｆは、ＬＣ共振回路の共振周波数である。Ｌは、コイルのインダクタンスである。Ｃは、コンデンサの静電容量である。
【００２９】
図３に戻り基板１１の上面は（即ちアンテナコイル１２及び薄膜電極１３は）、樹脂材２１により覆われている。この樹脂材２１には、金属酸化物（この例の場合、酸化タングステン）が混入されており、この酸化タングステンには、白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）といった水素分子を水素原子に解離させる水素解離能を有する貴金属媒体が担持されている。
【００３０】
なお樹脂材２１の成膜は、例えばゾルゲル法のディップコーティングにより行われる。ゾルゲル法とは、例えば金属アルコキシドからなるゾルを、加水分解・重縮合反応により、流動性を失ったゲルとし、このゲルを加熱して酸化物を得る方法である。またディップコーティングとは、金属カチオンを含む溶液を調製し、それに基板を浸し、引き上げた後に乾燥、熱処理することにより薄膜を形成する方法である。
【００３１】
水素解離能を有する貴金属媒体が坦持されている酸化タングステンに水素ガスが接触すると、後述するように、水素の還元力が有効に引き出されることによって反応が促進されるため、常温下において酸化タングステンの還元が行われ、タングステンブロンズが生成される。その結果、樹脂材２１が導電化されてアンテナコイル１２が短絡するので、水素ガス検知素子１の等価回路のインダクタンスＬが変化し、これにより、式（３）に示した、ＬＣ共振回路の共振周波数自体が変化する。
【００３２】
以上のように水素ガス検知素子１は構成されている。即ちこの水素ガス検知素子１は、所定の共振周波数を有するＬＣ共振回路を構成する回路素子の一部であるアンテナコイル１２が、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した酸化タングステンによって被覆され、酸化タングステンの導電性が、水素原子が解離吸着されることにより変化し、ＬＣ共振回路の共振周波数が、酸化タングステンの導電性の変化に応じて変化する構成となっている。
【００３３】
図５は、水素ガス検知素子１の利用例を示す図である。
【００３４】
電波発信機５１と電波受信機５２は、検知対象となる検知空間を挟んで対向するように設置される。水素ガス検知素子１は、その検知空間に置かれるものとする。
【００３５】
電波発信機５１は、水素ガス検知素子１の共振周波数に相当する周波数の無線信号を検知空間内に向けて発信し、電波受信機５２は、検知空間内を通って自らに到達した無線信号の強度を測定する。
【００３６】
検知空間内に水素が存在していない場合、水素ガス検知素子１のＬＣ共振回路が共振して交流電流が誘起されるため、電波受信機５２まで到達する無線信号の強度が低下する。一方、検知空間内に水素が存在している場合、水素ガス検知素子１のＬＣ共振回路の共振周波数自体が変化するため共振は起こらず、電波受信機５２に到達する無線信号の強度は低下しない。
【００３７】
即ち図５の例では、電波受信機５２に到達する無線信号の強度の変化によって、検知空間内における水素の存在の有無を検知することができる。
【００３８】
このようにして水素ガス検知素子１を利用し、水素の存在の有無を検知することができる。
【００３９】
次に、樹脂材２１における酸化タングステンの還元反応について説明する。
【００４０】
上述したように、酸化タングステンには、白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）といった水素解離能を有する貴金属媒体が担持されている。
【００４１】
白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）といった貴金属触媒は、水素分子を水素原子に解離して吸着する。例えば白金触媒を用いた場合、式（４）に示すように、水素原子の解離吸着が行われる。なお式（４）中、Had-Ptは、白金触媒表面に解離吸着した水素原子を表している。
Ｈ２＋２Pt ⇔２Had-Pt・・・（４）
【００４２】
また白金触媒上に解離吸着した水素原子（Had-Pt）は、式（５）に示すように、スピルオーバー効果（所謂分子状水素から解離した原子状水素の溢れ出し）によって表面拡散し、酸化タングステンにも到達する。なお式（５）中、Had-WO3は、酸化タングステンに表面拡散した解離吸着した水素原子を表している。
Had-Pt ⇔ Had-WO3・・・（５）
【００４３】
そしてこのように水素原子が酸化タングステンに到達すると、水素原子は、分子状水素に比べ高い還元能を有することから、解離吸着した水素原子（Had-WO3）と酸化タングステンの間において、式（６）に示すような反応が起こり、タングステンブロンズが生成される。
WO３＋ xHad-WO3 ⇔ HxWO3 ・・・（６）
【００４４】
このようにして樹脂材２１に含まれている酸化タングステンは還元される。即ちこの酸化タングステンの還元反応は、所謂電気化学反応及び光化学反応の助けが必要ない、化学的な還元力によるものとなっている。
【００４５】
換言するとこの反応は、酸化過程において、吸着水素（Had）が、式（７）に示すように、最終的にプロトンとなり、放出された電子とともに酸化タングステン中に注入されることによるものとも考えられる。
Had ⇔ Ｈ＋＋ｅ−・・・（７）
【００４６】
酸化タングステンに注入されたプロトンは、ＷＯ３中の最近接のＯ２−イオンと結合し、また酸化タングステンに注入された電子は、中心のＷ６＋イオンに捕獲され、Ｗ６＋が部分的にＷ５＋まで還元される。その結果として式（８）に示すようにタングステンブロンズ（ＨｘＷＯ３）が形成される。
ＷＯ３＋ｘＨ＋＋ｘｅ− ⇔ HxWO3 （０＜ｘ＜１）・・・（８）
【００４７】
この式は、Ａ＝Ｈの場合の式（１）と同じとなる。即ち樹脂材２１における化学的な還元力による酸化タングステンの還元反応は、電気化学反応の助けを借りて行われる酸化タングステンの還元反応と同様な形式で行われる。
【００４８】
以上のように、水素解離能を有する貴金属触媒を担持して反応系に導入することによって水素のスピルオーバー効果が生じ、酸化タングステンの水素による還元反応が起こる。このスピルオーバー効果による還元反応は、水素の還元力が有効に引き出され、反応が促進されるので、常温下でも起こる。即ち樹脂材２１における水素の化学的な還元力による酸化タングステンの還元反応が、常温下で可能となり、その結果常温下での水素検知が可能となる。即ち、水素ガス検知素子１を、安全で、かつ簡単な構成とすることができる。
【００４９】
次に、本発明を適用した水素ガス検知素子の水素感応特性について説明する。
【００５０】
図６は、水素ガス検知素子の水素感応特性評価のための実験例を示している。
【００５１】
この実験では、水素ガス検知素子１０１がチャンバー１０２内に置かれ、チャンバー１０２に水素ガスが導入され、水素ガス導入前と導入後（即ち水素曝露前と後）の水素ガス検知素子１０１の電気的特性が測定される。
【００５２】
チャンバー１０２の蓋部分には水素ガスを導入するためのチューブ１３１Ａと、チャンバー１０２内のガスを排気するためのチューブ１３１Ｂが引き込まれている。この実験では、チューブ１３１Ａから、Ｎ２：Ｈ２＝90%：10%の水素、及び空気ガスがチャンバー１０２内に導入される。
【００５３】
水素ガス検知素子１０１には、リード１２１Ａ，１２１Ｂが電気的に接続されている。リード１２１Ａ，１２１Ｂは、チャンバー１０２の蓋部分から引き出されて、図示せぬLCRメータにそれぞれ接続されている。水素ガス検知素子１０１には、LCRメータにより、リード１２１を介して所定の周波数（100Hz，200Hz，500Hz，700Hz，1000Hz，2000Hz，5000Hz，7000Hz，10000Hz，20000Hz，50000Hz，70000Hz，100000Hz，200000Hz）の交流電圧が印加され、その周波数毎に、水素ガス検知素子１０１の後述する回路素子のインピーダンスと位相が測定される。
【００５４】
図７は、水素ガス検知素子１０１の構成例を示している。水素ガス検知素子１０１は、石英基板（以下、単に、基板と称する）１１１、櫛の歯状部分を有する２個の櫛型電極１１２Ａ及び１１２Ｂ、及び被膜１１３から構成されている。
【００５５】
２個の櫛型電極１１２Ａ及び１１２Ｂ（以下、個々に区別する必要がない場合、単に櫛型電極１１２と称する。他のものにおいても同様である）は、櫛の歯状部分が一定間隔離れるようにして組み合わされている。櫛型電極１１２は、金又は白金をスパッタリングすることにより形成されている。
【００５６】
また櫛型電極１１２には、白金触媒を担持した酸化タングステン（Pt/WO3）である被膜１１３が、歯状部分を覆うように、ディップコーディングにより形成されている。
【００５７】
このように櫛型電極１１２が、櫛の歯状部分が一定間隔離れるようにして組み合わされ、その部分が被膜１１３で被覆されているので、歯状部分の間に被膜１１３の絶縁層が挟まれたコンデンサが形成される。従って水素ガス検知素子１０１は、電気的には、図８に示すように、抵抗とコンデンサとが並列に接続された回路と等価となる。
【００５８】
この白金触媒が坦持されている酸化タングステンに水素ガスが接触すると、上述したように、常温下において、酸化タングステンからタングステンブロンズが生成され、被膜１１３が導電化する。その結果、櫛型電極１１２の歯状部分の間に被膜１１３の絶縁層が挟まれたコンデンサの静電容量が変化するので、等価回路のインピーダンスが変化する。
【００５９】
即ち水素ガス検知素子１０１は、基本的には水素ガス検知素子１と同様に、所定のインピーダンスを有する等価回路を構成する回路素子の一部である櫛型電極１１２が、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した酸化タングステンによって被覆され、酸化タングステンの導電性が、水素原子が解離吸着されることにより変化し、等価回路のインピーダンスが、酸化タングステンの導電性の変化に応じて変化する構成となっている。
【００６０】
図９乃至図１４には、水素ガス導入と導入後（即ち水素曝露前と後）の水素ガス検知素子１０１のインピーダンスの絶対値と位相の測定値が示されている。なおここでは、櫛型電極１１２を、金で形成した場合と白金で形成した場合のそれぞれにおいて測定が行われた。
【００６１】
図９乃至図１１は、櫛型電極１１２が金で形成されている場合の測定結果を示している。
【００６２】
図９には、印加された交流電圧の周波数毎に、水素ガス導入前（即ち水素曝露前）のインピーダンスの絶対値と位相の測定結果、並びに水素ガス導入後（即ち水素曝露後）のインピーダンスの絶対値と位相の測定結果が、それぞれ示されている。
【００６３】
図１０は、図９に示すインピーダンスの測定結果を周波数毎にプロットした図である。図１０中、曲線Ａは、水素ガス導入前のインピーダンスの測定結果を表し、曲線Ｂは、水素ガス導入後のインピーダンスの測定結果を表している。図１１は、図９に示す位相の測定結果を周波数毎にプロットした図である。図１１中、曲線Ａは、水素ガス導入前の位相の測定結果を表し、曲線Ｂは、水素ガス導入後の位相の測定結果を表している。
【００６４】
図１２乃至図１４は、櫛型電極１１２が白金で形成されている場合の測定結果を示している。
【００６５】
図１２には、印加された交流電圧の周波数毎に、水素ガス導入前（即ち水素曝露前）のインピーダンスの絶対値と位相の測定結果、並びに水素ガス導入後（即ち水素曝露後）のインピーダンスの絶対値と位相の測定結果が、それぞれ示されている。
【００６６】
図１３は、図１２に示すインピーダンスの測定結果を周波数毎にプロットした図である。図１３中、曲線Ａは、水素ガス導入前のインピーダンスの測定結果を表し、曲線Ｂは、水素ガス導入後のインピーダンスの測定結果を表している。図１４は、図１２に示す位相の測定結果を周波数毎にプロットした図である。図１４中、曲線Ａは、水素ガス導入前の位相の測定結果を表し、曲線Ｂは、水素ガス導入後の位相の測定結果を表している。
【００６７】
以上のように、図９乃至図１４において、水素ガス導入前の測定結果を表す曲線Ａと、水素ガス導入後の測定結果を表す曲線Ｂは、大きく離れている。即ち、櫛型電極１１２が金で形成されている場合及び白金で形成されている場合のいずれの場合においても、広範な周波数領域において、水素曝露によりインピーダンス及び位相が大きく変化している。従って水素解離能を有する貴金属媒体を担持した酸化タングステンによって被覆されている回路素子の電気特性は、水素曝露により大きく変化する。
【００６８】
図１５乃至図２２は、水素曝露によるインピーダンス及び位相の経時変化を示している。この例の場合、周波数は200kHzに固定されている。
【００６９】
図１５は、櫛型電極１１２が金で形成されている場合における、水素曝露によるインピーダンスの経時変化を示している。図１５中矢印は、水素ガスが導入されたタイミングを示している。後述する図１６乃至図２２に示す矢印についても同様である。
【００７０】
図１６は、図１５における０s乃至350sの範囲を拡大したものである。
【００７１】
図１７は、櫛型電極１１２が金で形成されている場合における、水素曝露による位相の経時変化を示している。図１８は、図１７における０s乃至120sの範囲を拡大したものである。
【００７２】
図１９は、櫛型電極１１２が白金で形成されている場合における、水素曝露によるインピーダンスの経時変化を示している。図２０は、図１９における50s乃至150sの範囲を拡大したものである。
【００７３】
図２１は、櫛型電極１１２が白金で形成されている場合における、水素曝露による位相の経時変化を示している。図２２は、図２１における60s乃至75sの範囲を拡大したものである。
【００７４】
以上のように、櫛型電極１１２が金で形成されている場合及び白金で形成されている場合においても、水素ガスの導入とほぼ同時に、インピーダンス及び位相の変化が開始される。従って水素解離能を有する貴金属媒体を担持した酸化タングステンによって被覆されている回路素子の電気特性は、水素曝露により迅速に変化する。
【００７５】
なお櫛型電極１１２が金で形成されている場合と白金で形成されている場合との比較においては、白金で形成されている場合の方が、応答速度が速く、下地金属によって応答速度が異なっている。
【００７６】
以上のように、水素原子を解離吸着する貴金属媒体を担持した酸化タングステンによって被覆されている回路素子の電気特性は、水素曝露により大きくかつ迅速に変化するので、水素ガス検知素子１０１（水素ガス検知素子１も同様）を利用すれば、精度よく、かつ迅速に水素ガスを検知することができる。
【００７７】
なお以上においては、酸化タングステンを例として説明したが、他の金属酸化物を利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明を適用した水素ガス検知素子の構成例を示す上面図である。
【図２】本発明を適用した水素ガス検知素子の構成例を示す下面図である。
【図３】図１に示す水素ガス検知素子の、Ａ−Ａ’線の断面図である。
【図４】図１に示す水素ガス検知素子の等価回路を示す図である。
【図５】図１に示す水素ガス検知素子の利用例を示す図である。
【図６】水素ガス検知素子の水素感応特性評価のための実験例を示す図である。
【図７】図６に示す水素ガス検知素子の構成例を示す図である。
【図８】図７に示す水素ガス検知素子の等価回路を示す図である。
【図９】図７に示す水素ガス検知素子の櫛型電極が金で形成されている場合のインピーダンスと位相の測定結果を示す図である。
【図１０】図９に示すインピーダンスの測定結果を周波数毎に示した図である。
【図１１】図９に示す位相の測定結果を周波数毎に示した図である。
【図１２】図７に示す水素ガス検知素子の櫛型電極が白金で形成されている場合のインピーダンスと位相の測定結果を示す図である。
【図１３】図１２に示すインピーダンスの測定結果を周波数毎に示した図である。
【図１４】図１２に示す位相の測定結果を周波数毎に示した図である。
【図１５】図７に示す水素ガス検知素子の櫛型電極が金で形成されている場合における、水素曝露によるインピーダンスの経時変化を示す図である。
【図１６】図１５における所定の範囲の拡大図である。
【図１７】図７に示す水素ガス検知素子の櫛型電極が金で形成されている場合における、水素曝露による位相の経時変化を示す図である。
【図１８】図１７における所定の範囲の拡大図である。
【図１９】図７に示す水素ガス検知素子の櫛型電極が白金で形成されている場合における、水素曝露によるインピーダンスの経時変化を示す図である。
【図２０】図１９における所定の範囲の拡大図である。
【図２１】図７に示す水素ガス検知素子の櫛型電極が白金で形成されている場合における、水素曝露による位相の推移を示す図である。
【図２２】図２１における所定の範囲の拡大図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 水素ガス検知素子， １１ 基板， １２ アンテナコイル， １３ 薄膜電極， １４ スルーホール， １５ 薄膜電極， １６ リード線， ２１ 樹脂材， ５１ 電波発信機， ５２ 電波受信機， １０１ 水素ガス検知素子， １１１ 基板， １１２ 櫛型電極， １１３ 被膜， １２１ リード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス検知素子に関し、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した金属酸化物を備えることにより、常温下で、水素を検知することができるようにした水素ガス検知素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素は、二酸化炭素をはじめとする温暖化ガスを排出しないクリーンなエネルギー源として近年脚光を浴びているが、爆発危険性を有する物質であり、その利用にあっては信頼性のある漏洩検知が必要となる。
【０００３】
ところで酸化タングステンは、還元反応によりタングステンブロンズを形成し、電気的又は光学的特性が大きく変化することから、水素感応材料として用いられている。
【０００４】
酸化タングステンは、例えば、式（１）に示すように、電気化学的還元に伴うプロトンやアルカリ金属イオンの注入により、タングステンブロンズが生成される。式（１）中、Ａは、水素（Ｈ）、リチウム（Ｌｉ）、又はナトリウム（Ｎａ）等の元素を表し、ｘは、０＜ｘ＜１の範囲の数値である。
ＷＯ３＋ｘＡ＋＋ｘｅ− ⇔ AxWO3 ・・・（１）
【０００５】
また酸化タングステンは、透明に近い薄黄緑色を呈するが、タングステンブロンズは、その多くが濃青色を呈する。酸化タングステンの光の吸収は、式（２）に示すように、５価のタングステンと６価のタングステンとの間を遷移する電子による原子価間移動によって行われる。即ち受光によって、Ｗ６＋が電子を受け取りＷ５＋となり、そこに局在化した電子がカラーセンサーとして光の吸収に寄与するためと考えられる。式（２）中、ＡとＢは、電子の位置を示している。
Ｗ５＋（Ａ）＋Ｗ６＋（Ｂ） → Ｗ６＋（Ａ）＋Ｗ５＋（Ｂ）・・・（２）
【０００６】
なおNaxWO3は、xの値によって呈する色が異なり、x＝0.9で黄金色、x＝0.6で橙赤色、x＝0.3で暗青色となることが知られている。
【０００７】
例えばこのように酸化タングステンの還元反応が行われるが、これらの反応は、酸化タングステンが、電気化学反応又は光化学反応の助けを借りて常温下で還元されるというものである。
【０００８】
即ちこれらの還元反応に基づいて酸化タングステンを水素感応材料として利用する場合、例えば電気的又は光学的構成が別途必要となる。電極間に電圧を印加するための機器が必要となる水素ガスについては、特許文献１に開示されている。
【０００９】
そこで、例えば電気的又は光学的構成が不要な、水素の化学的な還元力による還元反応に基づいて酸化タングステンを水素感応材料として用いることも考えられる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−３２８１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、水素の化学的な還元力による酸化タングステンの還元反応は、通常、高温下でのみ確認されている。
【００１２】
即ち水素の化学的な還元力による還元反応に基づいて酸化タングステンを水素感応材料として用いる場合、素子を加熱する必要があり、例えば引火性ガスである水素ガスの着火源となる等の課題があった。
【００１３】
本発明は、このような背景の下に案出されたものであり、常温下における水素の化学的な還元力による酸化タングステンの還元反応を可能とし、安全で、かつ簡単な構成で、水素の存在を検知し得るようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一側面は、所定の電気的特性を有する回路素子と、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した金属酸化物とを備える水素ガス検知素子において、前記回路素子の少なくとも一部が、前記金属酸化物によって被覆され、前記金属酸化物の導電性は、前記金属酸化物に水素原子が解離吸着されることにより変化し、前記回路素子の電気的特性は、前記金属酸化物の導電性の変化に応じて変化することを特徴とする水素ガス検知素子である。
【００１５】
前記金属酸化物は、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した酸化タングステンであり、前記酸化タングステンに解離吸着された水素原子による還元力によりタングステンブロンズが生成されることによって、前記酸化タングステンの導電性が変化するようにすることもできる。
【００１６】
前記回路素子は、所定のインピーダンスを有する等価回路で表され、前記インピーダンス又は位相は、前記金属酸化物の導電性の変化に応じて変化するようにすることもできる。
【００１７】
前記等価回路は、所定の共振周波数を有し、前記等価回路の共振周波数は、前記金属酸化物の導電性の変化に応じた前記インピーダンスの変化に応じて変化するようにすることもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、常温下において、水素の化学的な還元力による酸化タングステンの還元反応を可能とし、簡易な構成で、水素の存在を検知し得るようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明を適用した水素ガス検知素子１の外観構成例の上面図であり、図２は、その下面図である。また、図３は、図１のＡ−Ａ’線による断面図である。
【００２０】
基板１１は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステルなどの誘電材料を、板状に成形した部材である。
【００２１】
基板１１の上面には（図１）、そのほぼ中央の矩形状領域１１Ａに薄膜電極１３が設けられている。またアンテナコイル１２が、薄膜電極１３の周りに、矩形を５重に巻回した形状をなして配置されている。アンテナコイル１２の最外周の端は、上下方向に貫かれたスルーホール１４と繋がっており、最内周の端は、薄膜電極１３と電気的に接続されている。
【００２２】
基板１１の下面には（図２）、薄膜電極１５が、上面の薄膜電極１３に対向する位置に配置されている。またリード線１６が、スルーホール１４の下面の側から薄膜電極１５に向かって延在している。
【００２３】
なおアンテナコイル１２、薄膜電極１３，１５は、約1000Åのチタン（Ｔi）の下地に白金（Ｐｔ）（約3000Å）の膜が積層されて基板１１上に形成されている。またアンテナコイル１２を構成する矩形間の間隔は、例えば500μｍ以下となっている。
【００２４】
このように薄膜電極１３，１５が、基板１１の上下両面にそれぞれ配置されていることから、電気的には、コンデンサが形成される。従って、水素ガス検知素子１は、電気的には、ＬＣ共振回路と等価となる。
【００２５】
図４は、水素ガス検知素子１の等価回路を示している。図４に示すように、水素ガス検知素子１は、電気的には、アンテナコイル１２、及び基板１１と薄膜電極１３，１５からなるコンデンサ３１を並列接続したものとして表現される。
【００２６】
なおコイル及びコンデンサからなる等価回路の共振周波数は、コイルのインダクタンス及びコンデンサの静電容量と、式（３）に示す関係がある。
【００２７】
【数１】
【００２８】
式（３）において、Ｆは、ＬＣ共振回路の共振周波数である。Ｌは、コイルのインダクタンスである。Ｃは、コンデンサの静電容量である。
【００２９】
図３に戻り基板１１の上面は（即ちアンテナコイル１２及び薄膜電極１３は）、樹脂材２１により覆われている。この樹脂材２１には、金属酸化物（この例の場合、酸化タングステン）が混入されており、この酸化タングステンには、白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）といった水素分子を水素原子に解離させる水素解離能を有する貴金属媒体が担持されている。
【００３０】
なお樹脂材２１の成膜は、例えばゾルゲル法のディップコーティングにより行われる。ゾルゲル法とは、例えば金属アルコキシドからなるゾルを、加水分解・重縮合反応により、流動性を失ったゲルとし、このゲルを加熱して酸化物を得る方法である。またディップコーティングとは、金属カチオンを含む溶液を調製し、それに基板を浸し、引き上げた後に乾燥、熱処理することにより薄膜を形成する方法である。
【００３１】
水素解離能を有する貴金属媒体が坦持されている酸化タングステンに水素ガスが接触すると、後述するように、水素の還元力が有効に引き出されることによって反応が促進されるため、常温下において酸化タングステンの還元が行われ、タングステンブロンズが生成される。その結果、樹脂材２１が導電化されてアンテナコイル１２が短絡するので、水素ガス検知素子１の等価回路のインダクタンスＬが変化し、これにより、式（３）に示した、ＬＣ共振回路の共振周波数自体が変化する。
【００３２】
以上のように水素ガス検知素子１は構成されている。即ちこの水素ガス検知素子１は、所定の共振周波数を有するＬＣ共振回路を構成する回路素子の一部であるアンテナコイル１２が、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した酸化タングステンによって被覆され、酸化タングステンの導電性が、水素原子が解離吸着されることにより変化し、ＬＣ共振回路の共振周波数が、酸化タングステンの導電性の変化に応じて変化する構成となっている。
【００３３】
図５は、水素ガス検知素子１の利用例を示す図である。
【００３４】
電波発信機５１と電波受信機５２は、検知対象となる検知空間を挟んで対向するように設置される。水素ガス検知素子１は、その検知空間に置かれるものとする。
【００３５】
電波発信機５１は、水素ガス検知素子１の共振周波数に相当する周波数の無線信号を検知空間内に向けて発信し、電波受信機５２は、検知空間内を通って自らに到達した無線信号の強度を測定する。
【００３６】
検知空間内に水素が存在していない場合、水素ガス検知素子１のＬＣ共振回路が共振して交流電流が誘起されるため、電波受信機５２まで到達する無線信号の強度が低下する。一方、検知空間内に水素が存在している場合、水素ガス検知素子１のＬＣ共振回路の共振周波数自体が変化するため共振は起こらず、電波受信機５２に到達する無線信号の強度は低下しない。
【００３７】
即ち図５の例では、電波受信機５２に到達する無線信号の強度の変化によって、検知空間内における水素の存在の有無を検知することができる。
【００３８】
このようにして水素ガス検知素子１を利用し、水素の存在の有無を検知することができる。
【００３９】
次に、樹脂材２１における酸化タングステンの還元反応について説明する。
【００４０】
上述したように、酸化タングステンには、白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）といった水素解離能を有する貴金属媒体が担持されている。
【００４１】
白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）といった貴金属触媒は、水素分子を水素原子に解離して吸着する。例えば白金触媒を用いた場合、式（４）に示すように、水素原子の解離吸着が行われる。なお式（４）中、Had-Ptは、白金触媒表面に解離吸着した水素原子を表している。
Ｈ２＋２Pt ⇔２Had-Pt・・・（４）
【００４２】
また白金触媒上に解離吸着した水素原子（Had-Pt）は、式（５）に示すように、スピルオーバー効果（所謂分子状水素から解離した原子状水素の溢れ出し）によって表面拡散し、酸化タングステンにも到達する。なお式（５）中、Had-WO3は、酸化タングステンに表面拡散した解離吸着した水素原子を表している。
Had-Pt ⇔ Had-WO3・・・（５）
【００４３】
そしてこのように水素原子が酸化タングステンに到達すると、水素原子は、分子状水素に比べ高い還元能を有することから、解離吸着した水素原子（Had-WO3）と酸化タングステンの間において、式（６）に示すような反応が起こり、タングステンブロンズが生成される。
WO３＋ xHad-WO3 ⇔ HxWO3 ・・・（６）
【００４４】
このようにして樹脂材２１に含まれている酸化タングステンは還元される。即ちこの酸化タングステンの還元反応は、所謂電気化学反応及び光化学反応の助けが必要ない、化学的な還元力によるものとなっている。
【００４５】
換言するとこの反応は、酸化過程において、吸着水素（Had）が、式（７）に示すように、最終的にプロトンとなり、放出された電子とともに酸化タングステン中に注入されることによるものとも考えられる。
Had ⇔ Ｈ＋＋ｅ−・・・（７）
【００４６】
酸化タングステンに注入されたプロトンは、ＷＯ３中の最近接のＯ２−イオンと結合し、また酸化タングステンに注入された電子は、中心のＷ６＋イオンに捕獲され、Ｗ６＋が部分的にＷ５＋まで還元される。その結果として式（８）に示すようにタングステンブロンズ（ＨｘＷＯ３）が形成される。
ＷＯ３＋ｘＨ＋＋ｘｅ− ⇔ HxWO3 （０＜ｘ＜１）・・・（８）
【００４７】
この式は、Ａ＝Ｈの場合の式（１）と同じとなる。即ち樹脂材２１における化学的な還元力による酸化タングステンの還元反応は、電気化学反応の助けを借りて行われる酸化タングステンの還元反応と同様な形式で行われる。
【００４８】
以上のように、水素解離能を有する貴金属触媒を担持して反応系に導入することによって水素のスピルオーバー効果が生じ、酸化タングステンの水素による還元反応が起こる。このスピルオーバー効果による還元反応は、水素の還元力が有効に引き出され、反応が促進されるので、常温下でも起こる。即ち樹脂材２１における水素の化学的な還元力による酸化タングステンの還元反応が、常温下で可能となり、その結果常温下での水素検知が可能となる。即ち、水素ガス検知素子１を、安全で、かつ簡単な構成とすることができる。
【００４９】
次に、本発明を適用した水素ガス検知素子の水素感応特性について説明する。
【００５０】
図６は、水素ガス検知素子の水素感応特性評価のための実験例を示している。
【００５１】
この実験では、水素ガス検知素子１０１がチャンバー１０２内に置かれ、チャンバー１０２に水素ガスが導入され、水素ガス導入前と導入後（即ち水素曝露前と後）の水素ガス検知素子１０１の電気的特性が測定される。
【００５２】
チャンバー１０２の蓋部分には水素ガスを導入するためのチューブ１３１Ａと、チャンバー１０２内のガスを排気するためのチューブ１３１Ｂが引き込まれている。この実験では、チューブ１３１Ａから、Ｎ２：Ｈ２＝90%：10%の水素、及び空気ガスがチャンバー１０２内に導入される。
【００５３】
水素ガス検知素子１０１には、リード１２１Ａ，１２１Ｂが電気的に接続されている。リード１２１Ａ，１２１Ｂは、チャンバー１０２の蓋部分から引き出されて、図示せぬLCRメータにそれぞれ接続されている。水素ガス検知素子１０１には、LCRメータにより、リード１２１を介して所定の周波数（100Hz，200Hz，500Hz，700Hz，1000Hz，2000Hz，5000Hz，7000Hz，10000Hz，20000Hz，50000Hz，70000Hz，100000Hz，200000Hz）の交流電圧が印加され、その周波数毎に、水素ガス検知素子１０１の後述する回路素子のインピーダンスと位相が測定される。
【００５４】
図７は、水素ガス検知素子１０１の構成例を示している。水素ガス検知素子１０１は、石英基板（以下、単に、基板と称する）１１１、櫛の歯状部分を有する２個の櫛型電極１１２Ａ及び１１２Ｂ、及び被膜１１３から構成されている。
【００５５】
２個の櫛型電極１１２Ａ及び１１２Ｂ（以下、個々に区別する必要がない場合、単に櫛型電極１１２と称する。他のものにおいても同様である）は、櫛の歯状部分が一定間隔離れるようにして組み合わされている。櫛型電極１１２は、金又は白金をスパッタリングすることにより形成されている。
【００５６】
また櫛型電極１１２には、白金触媒を担持した酸化タングステン（Pt/WO3）である被膜１１３が、歯状部分を覆うように、ディップコーディングにより形成されている。
【００５７】
このように櫛型電極１１２が、櫛の歯状部分が一定間隔離れるようにして組み合わされ、その部分が被膜１１３で被覆されているので、歯状部分の間に被膜１１３の絶縁層が挟まれたコンデンサが形成される。従って水素ガス検知素子１０１は、電気的には、図８に示すように、抵抗とコンデンサとが並列に接続された回路と等価となる。
【００５８】
この白金触媒が坦持されている酸化タングステンに水素ガスが接触すると、上述したように、常温下において、酸化タングステンからタングステンブロンズが生成され、被膜１１３が導電化する。その結果、櫛型電極１１２の歯状部分の間に被膜１１３の絶縁層が挟まれたコンデンサの静電容量が変化するので、等価回路のインピーダンスが変化する。
【００５９】
即ち水素ガス検知素子１０１は、基本的には水素ガス検知素子１と同様に、所定のインピーダンスを有する等価回路を構成する回路素子の一部である櫛型電極１１２が、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した酸化タングステンによって被覆され、酸化タングステンの導電性が、水素原子が解離吸着されることにより変化し、等価回路のインピーダンスが、酸化タングステンの導電性の変化に応じて変化する構成となっている。
【００６０】
図９乃至図１４には、水素ガス導入と導入後（即ち水素曝露前と後）の水素ガス検知素子１０１のインピーダンスの絶対値と位相の測定値が示されている。なおここでは、櫛型電極１１２を、金で形成した場合と白金で形成した場合のそれぞれにおいて測定が行われた。
【００６１】
図９乃至図１１は、櫛型電極１１２が金で形成されている場合の測定結果を示している。
【００６２】
図９には、印加された交流電圧の周波数毎に、水素ガス導入前（即ち水素曝露前）のインピーダンスの絶対値と位相の測定結果、並びに水素ガス導入後（即ち水素曝露後）のインピーダンスの絶対値と位相の測定結果が、それぞれ示されている。
【００６３】
図１０は、図９に示すインピーダンスの測定結果を周波数毎にプロットした図である。図１０中、曲線Ａは、水素ガス導入前のインピーダンスの測定結果を表し、曲線Ｂは、水素ガス導入後のインピーダンスの測定結果を表している。図１１は、図９に示す位相の測定結果を周波数毎にプロットした図である。図１１中、曲線Ａは、水素ガス導入前の位相の測定結果を表し、曲線Ｂは、水素ガス導入後の位相の測定結果を表している。
【００６４】
図１２乃至図１４は、櫛型電極１１２が白金で形成されている場合の測定結果を示している。
【００６５】
図１２には、印加された交流電圧の周波数毎に、水素ガス導入前（即ち水素曝露前）のインピーダンスの絶対値と位相の測定結果、並びに水素ガス導入後（即ち水素曝露後）のインピーダンスの絶対値と位相の測定結果が、それぞれ示されている。
【００６６】
図１３は、図１２に示すインピーダンスの測定結果を周波数毎にプロットした図である。図１３中、曲線Ａは、水素ガス導入前のインピーダンスの測定結果を表し、曲線Ｂは、水素ガス導入後のインピーダンスの測定結果を表している。図１４は、図１２に示す位相の測定結果を周波数毎にプロットした図である。図１４中、曲線Ａは、水素ガス導入前の位相の測定結果を表し、曲線Ｂは、水素ガス導入後の位相の測定結果を表している。
【００６７】
以上のように、図９乃至図１４において、水素ガス導入前の測定結果を表す曲線Ａと、水素ガス導入後の測定結果を表す曲線Ｂは、大きく離れている。即ち、櫛型電極１１２が金で形成されている場合及び白金で形成されている場合のいずれの場合においても、広範な周波数領域において、水素曝露によりインピーダンス及び位相が大きく変化している。従って水素解離能を有する貴金属媒体を担持した酸化タングステンによって被覆されている回路素子の電気特性は、水素曝露により大きく変化する。
【００６８】
図１５乃至図２２は、水素曝露によるインピーダンス及び位相の経時変化を示している。この例の場合、周波数は200kHzに固定されている。
【００６９】
図１５は、櫛型電極１１２が金で形成されている場合における、水素曝露によるインピーダンスの経時変化を示している。図１５中矢印は、水素ガスが導入されたタイミングを示している。後述する図１６乃至図２２に示す矢印についても同様である。
【００７０】
図１６は、図１５における０s乃至350sの範囲を拡大したものである。
【００７１】
図１７は、櫛型電極１１２が金で形成されている場合における、水素曝露による位相の経時変化を示している。図１８は、図１７における０s乃至120sの範囲を拡大したものである。
【００７２】
図１９は、櫛型電極１１２が白金で形成されている場合における、水素曝露によるインピーダンスの経時変化を示している。図２０は、図１９における50s乃至150sの範囲を拡大したものである。
【００７３】
図２１は、櫛型電極１１２が白金で形成されている場合における、水素曝露による位相の経時変化を示している。図２２は、図２１における60s乃至75sの範囲を拡大したものである。
【００７４】
以上のように、櫛型電極１１２が金で形成されている場合及び白金で形成されている場合においても、水素ガスの導入とほぼ同時に、インピーダンス及び位相の変化が開始される。従って水素解離能を有する貴金属媒体を担持した酸化タングステンによって被覆されている回路素子の電気特性は、水素曝露により迅速に変化する。
【００７５】
なお櫛型電極１１２が金で形成されている場合と白金で形成されている場合との比較においては、白金で形成されている場合の方が、応答速度が速く、下地金属によって応答速度が異なっている。
【００７６】
以上のように、水素原子を解離吸着する貴金属媒体を担持した酸化タングステンによって被覆されている回路素子の電気特性は、水素曝露により大きくかつ迅速に変化するので、水素ガス検知素子１０１（水素ガス検知素子１も同様）を利用すれば、精度よく、かつ迅速に水素ガスを検知することができる。
【００７７】
なお以上においては、酸化タングステンを例として説明したが、他の金属酸化物を利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明を適用した水素ガス検知素子の構成例を示す上面図である。
【図２】本発明を適用した水素ガス検知素子の構成例を示す下面図である。
【図３】図１に示す水素ガス検知素子の、Ａ−Ａ’線の断面図である。
【図４】図１に示す水素ガス検知素子の等価回路を示す図である。
【図５】図１に示す水素ガス検知素子の利用例を示す図である。
【図６】水素ガス検知素子の水素感応特性評価のための実験例を示す図である。
【図７】図６に示す水素ガス検知素子の構成例を示す図である。
【図８】図７に示す水素ガス検知素子の等価回路を示す図である。
【図９】図７に示す水素ガス検知素子の櫛型電極が金で形成されている場合のインピーダンスと位相の測定結果を示す図である。
【図１０】図９に示すインピーダンスの測定結果を周波数毎に示した図である。
【図１１】図９に示す位相の測定結果を周波数毎に示した図である。
【図１２】図７に示す水素ガス検知素子の櫛型電極が白金で形成されている場合のインピーダンスと位相の測定結果を示す図である。
【図１３】図１２に示すインピーダンスの測定結果を周波数毎に示した図である。
【図１４】図１２に示す位相の測定結果を周波数毎に示した図である。
【図１５】図７に示す水素ガス検知素子の櫛型電極が金で形成されている場合における、水素曝露によるインピーダンスの経時変化を示す図である。
【図１６】図１５における所定の範囲の拡大図である。
【図１７】図７に示す水素ガス検知素子の櫛型電極が金で形成されている場合における、水素曝露による位相の経時変化を示す図である。
【図１８】図１７における所定の範囲の拡大図である。
【図１９】図７に示す水素ガス検知素子の櫛型電極が白金で形成されている場合における、水素曝露によるインピーダンスの経時変化を示す図である。
【図２０】図１９における所定の範囲の拡大図である。
【図２１】図７に示す水素ガス検知素子の櫛型電極が白金で形成されている場合における、水素曝露による位相の推移を示す図である。
【図２２】図２１における所定の範囲の拡大図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 水素ガス検知素子， １１ 基板， １２ アンテナコイル， １３ 薄膜電極， １４ スルーホール， １５ 薄膜電極， １６ リード線， ２１ 樹脂材， ５１ 電波発信機， ５２ 電波受信機， １０１ 水素ガス検知素子， １１１ 基板， １１２ 櫛型電極， １１３ 被膜， １２１ リード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の電気的特性を有する回路素子と、
水素解離能を有した貴金属触媒を担持した金属酸化物と
を備える水素ガス検知素子において、
前記回路素子の少なくとも一部が、前記金属酸化物によって被覆され、
前記金属酸化物の導電性は、前記金属酸化物に水素原子が解離吸着されることにより変化し、
前記回路素子の電気的特性は、前記金属酸化物の導電性の変化に応じて変化する
ことを特徴とする水素ガス検知素子。
【請求項２】
前記金属酸化物は、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した酸化タングステンであり、
前記酸化タングステンに解離吸着された水素原子による還元力によりタングステンブロンズが生成されることによって、前記酸化タングステンの導電性が変化する
請求項１に記載の水素ガス検知素子。
【請求項３】
前記回路素子は、所定のインピーダンスを有する等価回路で表され、
前記インピーダンス又は位相は、前記金属酸化物の導電性の変化に応じて変化する
請求項１に記載の水素ガス検知素子。
【請求項４】
前記等価回路は、所定の共振周波数を有し、
前記等価回路の共振周波数は、前記金属酸化物の導電性の変化に応じた前記インピーダンスの変化に応じて変化する
請求項３に記載の水素ガス検知素子。
【請求項１】
所定の電気的特性を有する回路素子と、
水素解離能を有した貴金属触媒を担持した金属酸化物と
を備える水素ガス検知素子において、
前記回路素子の少なくとも一部が、前記金属酸化物によって被覆され、
前記金属酸化物の導電性は、前記金属酸化物に水素原子が解離吸着されることにより変化し、
前記回路素子の電気的特性は、前記金属酸化物の導電性の変化に応じて変化する
ことを特徴とする水素ガス検知素子。
【請求項２】
前記金属酸化物は、水素解離能を有した貴金属触媒を担持した酸化タングステンであり、
前記酸化タングステンに解離吸着された水素原子による還元力によりタングステンブロンズが生成されることによって、前記酸化タングステンの導電性が変化する
請求項１に記載の水素ガス検知素子。
【請求項３】
前記回路素子は、所定のインピーダンスを有する等価回路で表され、
前記インピーダンス又は位相は、前記金属酸化物の導電性の変化に応じて変化する
請求項１に記載の水素ガス検知素子。
【請求項４】
前記等価回路は、所定の共振周波数を有し、
前記等価回路の共振周波数は、前記金属酸化物の導電性の変化に応じた前記インピーダンスの変化に応じて変化する
請求項３に記載の水素ガス検知素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００９−２２９３６９（Ｐ２００９−２２９３６９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７７４８０（Ｐ２００８−７７４８０）
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（５０６１１８８３６）デジタル・インフォメーション・テクノロジー株式会社 (28)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（５０６１１８８３６）デジタル・インフォメーション・テクノロジー株式会社 (28)
【Ｆターム（参考）】
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