JPH0772108A - 水蒸気センサ - Google Patents
水蒸気センサInfo
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- JPH0772108A JPH0772108A JP5216771A JP21677193A JPH0772108A JP H0772108 A JPH0772108 A JP H0772108A JP 5216771 A JP5216771 A JP 5216771A JP 21677193 A JP21677193 A JP 21677193A JP H0772108 A JPH0772108 A JP H0772108A
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- Japan
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- film
- plasma
- water vapor
- carbons
- integer
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
- F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
- F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 水蒸気量変化に対して高速応答性を示し、高
感度、高機械的強度を有する水蒸気センサを提供する。 【構成】 Ｃn （ただし、ｎは６０，７０，７６，８４
等の幾何学的に球状化合物を形成し得る整数である。）
で表される球状炭素類（いわゆるフラーレン）のプラズ
マ重合膜を検知素子として用いる。プラズマ重合膜は、
（Ｃn+j ）m （ｊは−１０〜１０の整数、ｍは正の整数
である。）なる分子式で表され、シクロヘキサトリエニ
ル部位同志が１，２−サイクル付加結合によりシクロブ
タン環を介して重合したＣn 重合構造を部分的に有し、
この構造がアモルファス状に分布した膜構造を有する。
感度、高機械的強度を有する水蒸気センサを提供する。 【構成】 Ｃn （ただし、ｎは６０，７０，７６，８４
等の幾何学的に球状化合物を形成し得る整数である。）
で表される球状炭素類（いわゆるフラーレン）のプラズ
マ重合膜を検知素子として用いる。プラズマ重合膜は、
（Ｃn+j ）m （ｊは−１０〜１０の整数、ｍは正の整数
である。）なる分子式で表され、シクロヘキサトリエニ
ル部位同志が１，２−サイクル付加結合によりシクロブ
タン環を介して重合したＣn 重合構造を部分的に有し、
この構造がアモルファス状に分布した膜構造を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水蒸気を含む気体の検
知素子に球状炭素類（いわゆるフラーレン）のプラズマ
重合膜を用いた新規な水蒸気センサに関するものであ
る。
知素子に球状炭素類（いわゆるフラーレン）のプラズマ
重合膜を用いた新規な水蒸気センサに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、湿度センサ、または感湿センサに
は、セラミクス等の無機物質が多く用いられている。例
えば特開昭６１−１４７１３９号公報には、有機珪素化
合物、金属粒子、アルカリ珪酸塩混合物の焼成体材料を
素子とすることが開示されており、相対湿度９０％で１
０4 Ωの差を得ている。
は、セラミクス等の無機物質が多く用いられている。例
えば特開昭６１−１４７１３９号公報には、有機珪素化
合物、金属粒子、アルカリ珪酸塩混合物の焼成体材料を
素子とすることが開示されており、相対湿度９０％で１
０4 Ωの差を得ている。
【０００３】しかしながら、前記公報に記載される湿度
センサでは、素子作製のために高温での焼成等の過程が
必要であり、また剥離し易く、安定性、信頼性の点で問
題が多い。
センサでは、素子作製のために高温での焼成等の過程が
必要であり、また剥離し易く、安定性、信頼性の点で問
題が多い。
【０００４】そこで、これらの不都合を解決するべく、
特開平３−２９３５５４号公報には、酸化亜鉛のウイス
カーを感湿素子として用いることが提案されており、こ
の結果、応答速度及び感度の向上が見られることが報告
されている。しかしながら、相対湿度３０％〜７０％の
間で抵抗値変化は５００倍程度、応答速度も数十秒程度
に止まり、特性的に十分なものとは言い難い。
特開平３−２９３５５４号公報には、酸化亜鉛のウイス
カーを感湿素子として用いることが提案されており、こ
の結果、応答速度及び感度の向上が見られることが報告
されている。しかしながら、相対湿度３０％〜７０％の
間で抵抗値変化は５００倍程度、応答速度も数十秒程度
に止まり、特性的に十分なものとは言い難い。
【０００５】また、特開平３−２１１４５２号公報に
は、リン酸スズ皮膜を主成分とし、これに他の金属のリ
ン酸塩皮膜の一つまたは二つ以上が共存した皮膜を感湿
体とすることが記載されているが、抵抗値変化は２５０
倍程度であり、感度の点で不十分である。
は、リン酸スズ皮膜を主成分とし、これに他の金属のリ
ン酸塩皮膜の一つまたは二つ以上が共存した皮膜を感湿
体とすることが記載されているが、抵抗値変化は２５０
倍程度であり、感度の点で不十分である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の湿度センサ、感湿センサでは、作製法の煩雑さに加
え、水蒸気量の急変に対して迅速なセンシングが困難で
あるという不満があり、特に低湿度領域での水蒸気量変
化に対する高速応答性、高感度が要求される水蒸気セン
サに適用することは難しい。
来の湿度センサ、感湿センサでは、作製法の煩雑さに加
え、水蒸気量の急変に対して迅速なセンシングが困難で
あるという不満があり、特に低湿度領域での水蒸気量変
化に対する高速応答性、高感度が要求される水蒸気セン
サに適用することは難しい。
【０００７】そこで本発明は、このような従来のものの
有する欠点を解消するために提案されたものであって、
低湿度領域においても水蒸気量変化に対する高速応答性
に優れ、高感度を有し、しかも機械的強度や安定性、信
頼性に優れた水蒸気センサを提供することを目的とす
る。
有する欠点を解消するために提案されたものであって、
低湿度領域においても水蒸気量変化に対する高速応答性
に優れ、高感度を有し、しかも機械的強度や安定性、信
頼性に優れた水蒸気センサを提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記問題
点を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、Ｃn で表される
球状炭素類（いわゆるフラーレン）のプラズマ重合膜
が、安定な素子膜構造，機械的高強度を有し、低湿度領
域での水蒸気量変化に対して高速応答性、高感度を有す
ることを見出し、本発明を完成するに至った。
点を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、Ｃn で表される
球状炭素類（いわゆるフラーレン）のプラズマ重合膜
が、安定な素子膜構造，機械的高強度を有し、低湿度領
域での水蒸気量変化に対して高速応答性、高感度を有す
ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】すなわち、本発明の水蒸気センサは、Ｃn
（ただし、ｎは幾何学的に球状化合物を形成し得る整数
である。）で表される球状炭素類のプラズマ重合膜を検
知素子として用いたことを特徴とするものであり、さら
には、前記プラズマ重合膜が、（Ｃn+j ）m （ｎは幾何
学的に球状化合物を形成し得る整数であり、ｊは−１０
〜１０の整数、ｍは正の整数である。）なる分子式で表
され、シクロヘキサトリエニル部位に付加する１，２−
サイクル結合によって複数の球状炭素類が重合した構造
を少なくとも部分的に有し、前記構造がアモルファス状
に分布している有機半導性薄膜であることを特徴とする
ものである。
（ただし、ｎは幾何学的に球状化合物を形成し得る整数
である。）で表される球状炭素類のプラズマ重合膜を検
知素子として用いたことを特徴とするものであり、さら
には、前記プラズマ重合膜が、（Ｃn+j ）m （ｎは幾何
学的に球状化合物を形成し得る整数であり、ｊは−１０
〜１０の整数、ｍは正の整数である。）なる分子式で表
され、シクロヘキサトリエニル部位に付加する１，２−
サイクル結合によって複数の球状炭素類が重合した構造
を少なくとも部分的に有し、前記構造がアモルファス状
に分布している有機半導性薄膜であることを特徴とする
ものである。
【００１０】ダイヤモンド、グラファイトに次ぐ第３の
結晶炭素として、球状炭素化合物であるフラーレンの存
在が明らかにされ、マクロ量の合成法が確立されたのは
１９９０年になってからである。
結晶炭素として、球状炭素化合物であるフラーレンの存
在が明らかにされ、マクロ量の合成法が確立されたのは
１９９０年になってからである。
【００１１】フラーレンは、炭素のみからなる一連の球
状炭素化合物（Higher Fullerenes)の総称であり、１２
個の５員環と１２個またはそれ以上の６員環を含んでい
る。すなわち、６０個、７０個、７６個あるいは８４個
等（炭素数は幾何学的に球状構造を形成し得る数から選
択される。）の炭素原子が球状に結合してクラスター
（分子集合体）を構成してなる球状炭素Ｃn であって、
それぞれＣ60、Ｃ70、Ｃ 76、Ｃ84等のように表される。
状炭素化合物（Higher Fullerenes)の総称であり、１２
個の５員環と１２個またはそれ以上の６員環を含んでい
る。すなわち、６０個、７０個、７６個あるいは８４個
等（炭素数は幾何学的に球状構造を形成し得る数から選
択される。）の炭素原子が球状に結合してクラスター
（分子集合体）を構成してなる球状炭素Ｃn であって、
それぞれＣ60、Ｃ70、Ｃ 76、Ｃ84等のように表される。
【００１２】例えばＣ60は、図１に概略図示するよう
に、正二十面体の頂点を全て切り落として正五角形を出
した“切頭二十面体”と呼ばれる多面体構造を有し、図
２に図示するように、この多面体の６０個の頂点を全て
炭素原子Ｃで置換したクラスターであり、公式サッカー
ボール様の分子構造を有する。同様に、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ
84等も、いわばラグビーボール様の分子構造を有する。
に、正二十面体の頂点を全て切り落として正五角形を出
した“切頭二十面体”と呼ばれる多面体構造を有し、図
２に図示するように、この多面体の６０個の頂点を全て
炭素原子Ｃで置換したクラスターであり、公式サッカー
ボール様の分子構造を有する。同様に、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ
84等も、いわばラグビーボール様の分子構造を有する。
【００１３】本発明においては、上述の球状炭素類（フ
ラーレン）のプラズマ重合膜を検知素子として用いる。
球状炭素類のプラズマ重合膜は、水蒸気不在の環境下で
は、導電率１０-11S/cm 以下であり、通常の測定器では
絶縁体と認知されるが、水蒸気が存在すると最大で１０
5 倍も導電率が増加し、１０-6S/cm程度になる。また、
水蒸気の感知速度は１秒以内と、高感度で、高速な感受
性を有する。
ラーレン）のプラズマ重合膜を検知素子として用いる。
球状炭素類のプラズマ重合膜は、水蒸気不在の環境下で
は、導電率１０-11S/cm 以下であり、通常の測定器では
絶縁体と認知されるが、水蒸気が存在すると最大で１０
5 倍も導電率が増加し、１０-6S/cm程度になる。また、
水蒸気の感知速度は１秒以内と、高感度で、高速な感受
性を有する。
【００１４】前記プラズマ重合膜は、（Ｃn+j ）m （ｎ
は６０、７０、７６、８４等より選ばれた幾何学的に球
状化合物を形成し得る整数であり、ｊは−１０〜１０の
整数、ｍは正の整数である。）なる分子式で表される有
機半導性薄膜であり、図３に例示する如く、Ｃn 上のシ
クロヘキサトリエニル部位（Ｃn を構成している炭素結
合のうち、５員環を挟む６員環の１稜線の両端部位を指
す。）同志が１，２−サイクル付加結合によりシクロブ
タン環を介して重合したＣn 重合構造を部分的に有し、
この構造がアモルファス状に分布した膜構造を有する。
は６０、７０、７６、８４等より選ばれた幾何学的に球
状化合物を形成し得る整数であり、ｊは−１０〜１０の
整数、ｍは正の整数である。）なる分子式で表される有
機半導性薄膜であり、図３に例示する如く、Ｃn 上のシ
クロヘキサトリエニル部位（Ｃn を構成している炭素結
合のうち、５員環を挟む６員環の１稜線の両端部位を指
す。）同志が１，２−サイクル付加結合によりシクロブ
タン環を介して重合したＣn 重合構造を部分的に有し、
この構造がアモルファス状に分布した膜構造を有する。
【００１５】上記のＣn 重合構造は種々の形態をとるこ
とができ、図３に示すもの以外に、図４に示す如く、Ｃ
n 分子間が他の位置で結合したもの等も例示される。プ
ラズマ重合膜は、これらＣn 重合構造のみによって形成
されていてもよいが、この場合にはＣn 重合構造が共有
結合により網目状に全体に広がっているものと考えられ
る。また、Ｃn 重合構造を部分的に有する場合には、重
合していない部分では、ファン・デル・ワールス力によ
って結合しあっているものと推測される。なお、このプ
ラズマ重合膜においては、上記したＣn 重合構造ととも
に、原料であるＣ60等のＣn 単体分子が混在していても
よい。
とができ、図３に示すもの以外に、図４に示す如く、Ｃ
n 分子間が他の位置で結合したもの等も例示される。プ
ラズマ重合膜は、これらＣn 重合構造のみによって形成
されていてもよいが、この場合にはＣn 重合構造が共有
結合により網目状に全体に広がっているものと考えられ
る。また、Ｃn 重合構造を部分的に有する場合には、重
合していない部分では、ファン・デル・ワールス力によ
って結合しあっているものと推測される。なお、このプ
ラズマ重合膜においては、上記したＣn 重合構造ととも
に、原料であるＣ60等のＣn 単体分子が混在していても
よい。
【００１６】上記プラズマ重合膜において、原料として
使用する球状炭素類Ｃn の炭素数ｎは６０及び／または
７０であることが好適であるが、これはこれ以外の球状
炭素類では生産収量が大幅に減少し産業上利用価値がな
いという観点からであり、工業的価値を別にすれば、例
えば炭素数ｎが７６、８４等の球状炭素類でも、同等の
特性を有するプラズマ重合膜を得ることが可能である。
原料の入手の容易さを考慮すれば、Ｃ60／Ｃ70（Ｃ60と
Ｃ70の混合物）が最も好適である。
使用する球状炭素類Ｃn の炭素数ｎは６０及び／または
７０であることが好適であるが、これはこれ以外の球状
炭素類では生産収量が大幅に減少し産業上利用価値がな
いという観点からであり、工業的価値を別にすれば、例
えば炭素数ｎが７６、８４等の球状炭素類でも、同等の
特性を有するプラズマ重合膜を得ることが可能である。
原料の入手の容易さを考慮すれば、Ｃ60／Ｃ70（Ｃ60と
Ｃ70の混合物）が最も好適である。
【００１７】また、上記プラズマ重合膜は、（Ｃn+j ）
m （ｎは６０、７０、７６、８４等より選ばれた幾何学
的に球状化合物を形成し得る整数であり、ｊは−１０〜
１０の整数、ｍは正の整数である。）なる分子式で表さ
れるが、ここでｊの値は、Ｃ n 単体からの炭素の欠落、
または付加により、Ｃ58、Ｃ56・・・、あるいはＣ62・
・・等が得られ、それらが重合するため、必ずしもＣn
の整数倍が重合体の骨格となっていないことを表してい
る。
m （ｎは６０、７０、７６、８４等より選ばれた幾何学
的に球状化合物を形成し得る整数であり、ｊは−１０〜
１０の整数、ｍは正の整数である。）なる分子式で表さ
れるが、ここでｊの値は、Ｃ n 単体からの炭素の欠落、
または付加により、Ｃ58、Ｃ56・・・、あるいはＣ62・
・・等が得られ、それらが重合するため、必ずしもＣn
の整数倍が重合体の骨格となっていないことを表してい
る。
【００１８】上述のプラズマ重合膜は、球状炭素類Ｃn
を昇華源としてプラズマ重合すること（気相においてＣ
n 原料物質を昇華してプラズマを印加し、Ｃn 分子を重
合させる。）によって成膜することができる。例えば、
蒸着等の手法によって形成した膜では、水蒸気を感知す
る膜としては機能しない。
を昇華源としてプラズマ重合すること（気相においてＣ
n 原料物質を昇華してプラズマを印加し、Ｃn 分子を重
合させる。）によって成膜することができる。例えば、
蒸着等の手法によって形成した膜では、水蒸気を感知す
る膜としては機能しない。
【００１９】プラズマ発生の放電方式は、公知の直流放
電、低周波放電、高周波放電、マイクロ波放電等の各種
方式が採用可能であり、また電極の種類及び放電発生方
式としては、内部電極方式、外部電極方式、導波管方
式、容量結合型、誘導結合型、無電極発振型等から選択
可能である。
電、低周波放電、高周波放電、マイクロ波放電等の各種
方式が採用可能であり、また電極の種類及び放電発生方
式としては、内部電極方式、外部電極方式、導波管方
式、容量結合型、誘導結合型、無電極発振型等から選択
可能である。
【００２０】プラズマ重合は、Ｃ60／Ｃ70等の球状炭素
類単独雰囲気中で行ってもよいが、プラズマの均一性、
安定性等を向上させるという見地から、キャリアガスを
併用してもよい。キャリアガスとしては、プラズマ重合
の際に一般に使用されているものがいずれも使用でき、
アルゴン、窒素、ヘリウム等が例示される。
類単独雰囲気中で行ってもよいが、プラズマの均一性、
安定性等を向上させるという見地から、キャリアガスを
併用してもよい。キャリアガスとしては、プラズマ重合
の際に一般に使用されているものがいずれも使用でき、
アルゴン、窒素、ヘリウム等が例示される。
【００２１】放電条件は、直流放電ではガス圧力、電極
間距離、電圧の関係を示すパッシェンの法則が成立する
範囲、交流放電では放電可能範囲であれば重合に問題は
ない。ガス圧は、好ましくは１３パスカル（１０-1ト
ル）以下である。
間距離、電圧の関係を示すパッシェンの法則が成立する
範囲、交流放電では放電可能範囲であれば重合に問題は
ない。ガス圧は、好ましくは１３パスカル（１０-1ト
ル）以下である。
【００２２】
【作用】球状炭素類Ｃn のプラズマ重合膜は、水蒸気不
在の環境下では、導電率１０-1 1S/cm 以下であり、通常
の測定器では絶縁体と認知されるが、水蒸気が存在する
と最大で１０5 倍も導電率が増加し、１０-6S/cm程度に
なる。また、水蒸気の感知速度は１秒以内と、高速な感
受性を有する。
在の環境下では、導電率１０-1 1S/cm 以下であり、通常
の測定器では絶縁体と認知されるが、水蒸気が存在する
と最大で１０5 倍も導電率が増加し、１０-6S/cm程度に
なる。また、水蒸気の感知速度は１秒以内と、高速な感
受性を有する。
【００２３】したがって、このプラズマ重合膜を検知素
子とした水蒸気センサは、低湿度領域においても水蒸気
量変化に対する高速応答性を示し、高感度に水蒸気量変
化が検出される。また、前記プラズマ重合膜は、安定な
素子膜構造，機械的高強度を有し、高温での焼成過程も
必要ないことから、安定性、信頼性、生産性等の点でも
有利である。
子とした水蒸気センサは、低湿度領域においても水蒸気
量変化に対する高速応答性を示し、高感度に水蒸気量変
化が検出される。また、前記プラズマ重合膜は、安定な
素子膜構造，機械的高強度を有し、高温での焼成過程も
必要ないことから、安定性、信頼性、生産性等の点でも
有利である。
【００２４】
【実施例】以下、本発明を適用した実施例について、具
体的な実験データを参照しながら詳細に説明する。
体的な実験データを参照しながら詳細に説明する。
【００２５】プラズマ重合装置 図５は、本実施例で用いた外部電極式容量結合型のプラ
ズマ重合装置を示すものである。このプラズマ重合装置
は、容量約２０リットルの反応器１を備え、この反応器
１にはガス供給管２，３が設けられている。また、反応
器１の底部には、油拡散ポンプ４やロータリーポンプ
５，６、液体窒素トラップ７，８等から構成される真空
排気系に連結された排気口９が設けられている。
ズマ重合装置を示すものである。このプラズマ重合装置
は、容量約２０リットルの反応器１を備え、この反応器
１にはガス供給管２，３が設けられている。また、反応
器１の底部には、油拡散ポンプ４やロータリーポンプ
５，６、液体窒素トラップ７，８等から構成される真空
排気系に連結された排気口９が設けられている。
【００２６】また、反応器１の上部には、プラズマ発生
用電極１０，１１が３．５ｃｍの間隔を隔てて反応器１
外部に設置され、プラズマ電源１２にインピーダンス整
合器１３を介して接続されている。また、反応器１内に
は、Ｃ60／Ｃ70フラーレン昇華用のモリブデンボート１
４及び試料基板１５が７ｃｍの間隔を隔てて対向して設
置されており、モリブデンボート１４には直流電源１６
が接続されている。
用電極１０，１１が３．５ｃｍの間隔を隔てて反応器１
外部に設置され、プラズマ電源１２にインピーダンス整
合器１３を介して接続されている。また、反応器１内に
は、Ｃ60／Ｃ70フラーレン昇華用のモリブデンボート１
４及び試料基板１５が７ｃｍの間隔を隔てて対向して設
置されており、モリブデンボート１４には直流電源１６
が接続されている。
【００２７】プラズマ電源１２の出力は、交流１３．５
６ＭＨｚのラジオ波で、最高出力１５０Ｗである。ここ
では、２５Ｗ、５０Ｗ、１００Ｗで１３．５パスカルに
設定したアルゴンガス一定流量系にてアルゴンプラズマ
を発生させ、このプラズマ中にモリブデンボート１４に
入れたＣ60／Ｃ70フラーレンを昇華させてプラズマ重合
を行った。なお、重合中の膜厚は、センサー１７により
連続的にモニターした。
６ＭＨｚのラジオ波で、最高出力１５０Ｗである。ここ
では、２５Ｗ、５０Ｗ、１００Ｗで１３．５パスカルに
設定したアルゴンガス一定流量系にてアルゴンプラズマ
を発生させ、このプラズマ中にモリブデンボート１４に
入れたＣ60／Ｃ70フラーレンを昇華させてプラズマ重合
を行った。なお、重合中の膜厚は、センサー１７により
連続的にモニターした。
【００２８】原料物質であるＣ60／Ｃ70フラーレンは、
公知の方法によりグラファイト電極間のアーク放電によ
り生成した粉末をフラッシュクロマトグラフィーにより
精製したものであり、Ｃ60：Ｃ70は約９：１であった。
公知の方法によりグラファイト電極間のアーク放電によ
り生成した粉末をフラッシュクロマトグラフィーにより
精製したものであり、Ｃ60：Ｃ70は約９：１であった。
【００２９】実験１ 上述のプラズマ重合装置を用い、図６に示した基板上に
Ｃ60／Ｃ70フラーレンのプラズマ重合膜を厚さ１０００
Åで成膜した。すなわち、基板２１は、図６に示すよう
に、ガラス基板２２の表面に金製の櫛形電極２３，２４
を櫛歯の部分２３ａ，２４ａを噛合する如く対向して形
成し、これら櫛歯の部分２３ａ，２４ａを覆ってプラズ
マ重合膜２５を成膜した。なお、基板としては、前記ガ
ラス基板に制限されるものではなく、導電性がフラーレ
ンのプラズマ重合膜よりも十分に低い材料からなり、集
電体が形成可能な材料であれば如何なるものであっても
よい。
Ｃ60／Ｃ70フラーレンのプラズマ重合膜を厚さ１０００
Åで成膜した。すなわち、基板２１は、図６に示すよう
に、ガラス基板２２の表面に金製の櫛形電極２３，２４
を櫛歯の部分２３ａ，２４ａを噛合する如く対向して形
成し、これら櫛歯の部分２３ａ，２４ａを覆ってプラズ
マ重合膜２５を成膜した。なお、基板としては、前記ガ
ラス基板に制限されるものではなく、導電性がフラーレ
ンのプラズマ重合膜よりも十分に低い材料からなり、集
電体が形成可能な材料であれば如何なるものであっても
よい。
【００３０】したがって、図７に示すように、プラズマ
重合膜２５は、櫛形電極２３，２４の櫛歯の部分２３
ａ，２４ａの間で抵抗体として動作し、前記櫛形電極２
３，２４間に定電圧で電流を流し、電流値（抵抗値）を
測定することにより、下記の数１よりその導電率を測定
することができる。
重合膜２５は、櫛形電極２３，２４の櫛歯の部分２３
ａ，２４ａの間で抵抗体として動作し、前記櫛形電極２
３，２４間に定電圧で電流を流し、電流値（抵抗値）を
測定することにより、下記の数１よりその導電率を測定
することができる。
【００３１】
【数１】
【００３２】前述のようにして作製した試料の導電率
を、図８及び図９に示した電圧電流特性測定装置を用い
て測定した。なお、図８は、図９のＦ−Ｆ線位置での断
面を示すものである。この電圧電流特性測定装置は、コ
ンピュータ制御されており、銅製のファラデーケージ型
セル３０内に発熱体３１を備え、この発熱体３１上に試
料ホルダ３２を有してなるものであり、前記セル３０の
上部は、真空バルブ３３，３４を備えた蓋体３５により
閉蓋されている。また、セル３０の所定の位置には当該
セル３０を貫通する同軸ケーブルプラグ３６，３７が設
けられ、この同軸ケーブルプラグ３６，３７を介してガ
ラス基板２２の表面に形成された櫛形電極２３，２４間
の電圧電流特性が測定される。なお、セル３０内の温度
は、熱電対３８によってモニタされている。
を、図８及び図９に示した電圧電流特性測定装置を用い
て測定した。なお、図８は、図９のＦ−Ｆ線位置での断
面を示すものである。この電圧電流特性測定装置は、コ
ンピュータ制御されており、銅製のファラデーケージ型
セル３０内に発熱体３１を備え、この発熱体３１上に試
料ホルダ３２を有してなるものであり、前記セル３０の
上部は、真空バルブ３３，３４を備えた蓋体３５により
閉蓋されている。また、セル３０の所定の位置には当該
セル３０を貫通する同軸ケーブルプラグ３６，３７が設
けられ、この同軸ケーブルプラグ３６，３７を介してガ
ラス基板２２の表面に形成された櫛形電極２３，２４間
の電圧電流特性が測定される。なお、セル３０内の温度
は、熱電対３８によってモニタされている。
【００３３】本実験では、先ず、水蒸気を排した１．３
Ｐａ（０．０１トル）真空中と、大気を導入した雰囲気
（相対湿度６０％）中の二環境間のスイッチング特性を
測定した。具体的には、前記大気雰囲気とされたセル３
０内を真空排気し、その後急激に大気を導入し、この間
の電流値の変化を測定した。結果を図１０に示す。
Ｐａ（０．０１トル）真空中と、大気を導入した雰囲気
（相対湿度６０％）中の二環境間のスイッチング特性を
測定した。具体的には、前記大気雰囲気とされたセル３
０内を真空排気し、その後急激に大気を導入し、この間
の電流値の変化を測定した。結果を図１０に示す。
【００３４】図１０からも明らかなように、真空排気に
伴って、櫛形電極２３，２４間の電流値が５×１０-9Ａ
から５．５×１０-12 Ａへと変化しており、これを先の
数１によりプラズマ重合膜２５の導電率に換算すると、
導電率は４．２６×１０-6S/cmから４．６８×１０-9S/
cmへと変化したことになり、導電率の変化は約１０3倍
に達した。なお、導電率σの算出に際しては、電極間距
離ｄ＝０．５×１０-3（ｍ）、電極長Ｌ＝０．１２
（ｍ）、試料膜厚ｅ＝１００×１０-9（ｍ）とし、また
抵抗値Ｒ＝Ｖ／Ｉ〔ただし、電圧Ｖ＝４９（Ｖ）〕とし
て先の電流値を代入した。
伴って、櫛形電極２３，２４間の電流値が５×１０-9Ａ
から５．５×１０-12 Ａへと変化しており、これを先の
数１によりプラズマ重合膜２５の導電率に換算すると、
導電率は４．２６×１０-6S/cmから４．６８×１０-9S/
cmへと変化したことになり、導電率の変化は約１０3倍
に達した。なお、導電率σの算出に際しては、電極間距
離ｄ＝０．５×１０-3（ｍ）、電極長Ｌ＝０．１２
（ｍ）、試料膜厚ｅ＝１００×１０-9（ｍ）とし、また
抵抗値Ｒ＝Ｖ／Ｉ〔ただし、電圧Ｖ＝４９（Ｖ）〕とし
て先の電流値を代入した。
【００３５】また、図１０を見ると、真空排気に伴って
徐々に電流値が減少しており、圧力の急激な開放（大気
の導入）と同時に急激に電流値が上昇しているが、この
ことは、プラズマ重合膜が応答性に優れるものであるこ
とを如実に示すものであると考えられる。
徐々に電流値が減少しており、圧力の急激な開放（大気
の導入）と同時に急激に電流値が上昇しているが、この
ことは、プラズマ重合膜が応答性に優れるものであるこ
とを如実に示すものであると考えられる。
【００３６】そこで、上記プラズマ重合膜について、湿
度と素子導電率の関係を測定したところ、図１１に示す
ような結果が得られた。この図１１からもわかるよう
に、プラズマ重合膜は、特に低湿領域での感度に優れて
いる。
度と素子導電率の関係を測定したところ、図１１に示す
ような結果が得られた。この図１１からもわかるよう
に、プラズマ重合膜は、特に低湿領域での感度に優れて
いる。
【００３７】実験２ 本実験では、プラズマ重合膜と蒸着膜の特性の相違を調
べた。すなわち、Ｃ60／Ｃ70フラーレンをプラズマを印
加しないで蒸着し、蒸着膜を作製した。そして、この蒸
着膜の導電率を測定し、先のプラズマ重合膜の導電率と
比較した。結果を表１に示す。
べた。すなわち、Ｃ60／Ｃ70フラーレンをプラズマを印
加しないで蒸着し、蒸着膜を作製した。そして、この蒸
着膜の導電率を測定し、先のプラズマ重合膜の導電率と
比較した。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】この表１からも明らかなように、蒸着膜で
は水蒸気による導電率変化が極めて小さく、水蒸気セン
サとして機能しないことが示された。
は水蒸気による導電率変化が極めて小さく、水蒸気セン
サとして機能しないことが示された。
【００４０】実験３ 先の実験１では、真空排気することにより水蒸気量（湿
度）を変化させ、プラズマ重合膜の導電率を変化を調べ
たが、この導電率の変化が圧力の変化によるものではな
いことを確認するために、大気の代わりに窒素ガス、ア
ルゴンガス、エチレンガスを導入し、実験１と同様の測
定を行った。
度）を変化させ、プラズマ重合膜の導電率を変化を調べ
たが、この導電率の変化が圧力の変化によるものではな
いことを確認するために、大気の代わりに窒素ガス、ア
ルゴンガス、エチレンガスを導入し、実験１と同様の測
定を行った。
【００４１】これら窒素ガス、アルゴンガス、エチレン
ガス雰囲気中で真空排気した場合には、導電率の変化は
極めて小さかった。このことは、先の実験１における導
電率の変化が圧力の変化によるものではなく、水蒸気量
の変化によるものであることを示している。また、酸素
ガスを導入したときは、前記各ガスに比べて導電率の増
加が大きかったが、それでも大気導入時より２桁小さか
った。したがって、水蒸気との区別は容易であった。
ガス雰囲気中で真空排気した場合には、導電率の変化は
極めて小さかった。このことは、先の実験１における導
電率の変化が圧力の変化によるものではなく、水蒸気量
の変化によるものであることを示している。また、酸素
ガスを導入したときは、前記各ガスに比べて導電率の増
加が大きかったが、それでも大気導入時より２桁小さか
った。したがって、水蒸気との区別は容易であった。
【００４２】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明においては、球状炭素類のプラズマ重合膜を検知素子
としているので、素子作製の簡略化、応答速度の高速
化、感度の向上を達成することが可能であり、水蒸気セ
ンサとしての性能を飛躍的に向上することが可能であ
る。
明においては、球状炭素類のプラズマ重合膜を検知素子
としているので、素子作製の簡略化、応答速度の高速
化、感度の向上を達成することが可能であり、水蒸気セ
ンサとしての性能を飛躍的に向上することが可能であ
る。
【００４３】したがって、本発明によれば、低湿度領域
においても水蒸気量変化に対する高速応答性に優れ、高
感度を有し、しかも機械的強度や安定性、信頼性に優れ
た水蒸気センサを提供することが可能である。
においても水蒸気量変化に対する高速応答性に優れ、高
感度を有し、しかも機械的強度や安定性、信頼性に優れ
た水蒸気センサを提供することが可能である。
【図１】Ｃ60フラーレンの切頭二十面体構造を示す模式
図である。
図である。
【図２】Ｃ60フラーレンにおける炭素間の結合状態を示
す模式図である。
す模式図である。
【図３】Ｃn 重合構造の一例を示す模式図である。
【図４】Ｃn 重合構造の他の例を示す模式図である。
【図５】プラズマ重合装置の一構成例を示す概略断面図
である。
である。
【図６】プラズマ重合膜を成膜した測定試料の概略平面
図である。
図である。
【図７】プラズマ重合膜を成膜した測定試料の要部概略
断面図である。
断面図である。
【図８】導電率測定用セルの概略平面図である。
【図９】導電率測定用セルの概略側面図である。
【図１０】真空排気に伴う電流値（導電率）の変化を示
す特性図である。
す特性図である。
【図１１】プラズマ重合膜における湿度の導電率の関係
を示す特性図である。
を示す特性図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｃn （ただし、ｎは幾何学的に球状化合
物を形成し得る整数である。）で表される球状炭素類の
プラズマ重合膜を検知素子として用いたことを特徴とす
る水蒸気センサ。 - 【請求項２】 プラズマ重合膜が（Ｃn+j ）m （ｎは幾
何学的に球状化合物を形成し得る整数であり、ｊは−１
０〜１０の整数、ｍは正の整数である。）なる分子式で
表されることを特徴とする請求項１記載の水蒸気セン
サ。 - 【請求項３】 プラズマ重合膜が、シクロヘキサトリエ
ニル部位に付加する１，２−サイクル結合によって複数
の球状炭素類が重合した構造を少なくとも部分的に有
し、前記構造がアモルファス状に分布している有機半導
性薄膜であることを特徴とする請求項１記載の水蒸気セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21677193A JP3358245B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 水蒸気センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21677193A JP3358245B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 水蒸気センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0772108A true JPH0772108A (ja) | 1995-03-17 |
| JP3358245B2 JP3358245B2 (ja) | 2002-12-16 |
Family
ID=16693647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21677193A Expired - Fee Related JP3358245B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 水蒸気センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3358245B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998012548A1 (fr) * | 1996-09-20 | 1998-03-26 | Osaka Prefecture | Detecteur de gaz |
-
1993
- 1993-08-31 JP JP21677193A patent/JP3358245B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998012548A1 (fr) * | 1996-09-20 | 1998-03-26 | Osaka Prefecture | Detecteur de gaz |
| EP0869355A1 (en) * | 1996-09-20 | 1998-10-07 | Osaka Prefecture | Gas sensor |
| EP0869355A4 (en) * | 1996-09-20 | 1999-05-19 | Osaka Prefecture | GAS SENSOR |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3358245B2 (ja) | 2002-12-16 |
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|---|---|---|---|
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