【講演主旨】

水素エネルギーの普及や環境・産業安全への関心の高まりを背景に、ガスを迅速かつ高感度に検知する技術が重要となっている。本講座では、半導体式および電気化学式ガスセンサの基本原理から、酸化物半導体などの材料選択、ナノ粒子の合成、素子作製、感度・選択性・応答速度の評価、オペランド分光法による応答機構の解明までを体系的に解説する。特に水素および揮発性有機化合物（VOC）の検知に焦点を当て、貴金属担持酸化物センサを例に、低濃度検知や応答・回復特性の向上、実用上の課題を紹介する。水素、CO、NOx、VOCs等の開発動向も取り上げる。

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【プログラム】

1. ガスセンサの基礎と応用

  1-1 ガスセンサの種類・用途と開発の歴史

  1-2 産業保安・環境計測・水素エネルギー分野での応用

2. 半導体式ガスセンサの検知原理と材料設計

  2-1 酸素吸着、電子空乏層と電気抵抗変化のメカニズム

  2-2 SnO2、ZnO、WO3、In2O3等の材料特性と選択

  2-3 粒子径、細孔径、膜厚、作動温度が感度に及ぼす影響

  2-4 Pt・Pd等の貴金属担持による増感と選択性制御

3. センサ材料の合成、素子作製と特性評価

  3-1 水熱合成法、ホットソープ法によるナノ材料合成

  3-2 結晶構造・微細構造・表面状態の評価

  3-3 電極形成、薄膜・厚膜センサ素子の作製

  3-4 感度、選択性、応答・回復時間、温湿度依存性と繰返し特性

4. 電気化学式ガスセンサの基礎

  4-1 固体電解質型等の作動原理と半導体式との比較

  4-2 電解質・電極材料の選択と応用例

5. ガスセンサの高性能化のための応答機構解析

  5-1 オペランド拡散反射赤外分光法（DRIFTS）

  5-2 オペランド紫外可視吸収分光法・ラマン分光法

  5-3 表面吸着種・反応中間体とセンサ信号の相関

  5-4 Pd・Pt担持による触媒作用と界面効果

  5-5 低濃度検知、選択性、迅速な応答・回復、安定性の考え方

  5-6 湿度・共存ガスの影響と実用化に向けた課題

6. その他のガス検知と最新研究動向

  6-1 CO、CO2、H2S、NOx、VOCsの検知事例

  6-2 マイクロセンサ、センサアレイ、ナノ材料・光駆動型センサ

【キーワード】
半導体式ガスセンサ／電気化学式ガスセンサ／SnO2／Pd・Pt触媒／高感度・高選択性／ナノ粒子／オペランド分光／ガスセンサの応答機構

【講演のポイント】
酸化物半導体ナノ材料とガスセンサの研究に長年取り組む講師が、検知原理から材料合成、素子作製、特性評価、オペランド解析までを一貫して解説する。Pd担持SnO2による水素検知など、自身の研究事例を通じて高性能化の指針を示す。

【習得できる知識】
・半導体式・電気化学式ガスセンサの基本原理、適用分野と特徴の違い
・ガス検知に必要な感度、選択性、検知濃度、応答・回復時間
・SnO2などの酸化物半導体とPd・Pt担持による水素検知性能の改善指針
・ナノ材料の合成、感応膜形成、電極・素子設計と試験装置の基本構成
・粒子径、膜厚、細孔構造、作動温度、湿度がセンサ性能に与える影響
・感度測定、ガス選択性、応答・回復時間、繰返し安定性の評価方法
・オペランドDRIFTS・UV–vis・ラマン分光による応答機構の解析方法
・CO、NOx、VOCs等への応用とセンサアレイ等の研究動向