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Plasmonic cyclohexane-sensing by sputter-deposited Au nanoparticle array on SiO$$_{2}$$

スパッター蒸着により形成した金ナノ粒子配列のプラズモンを用いたシクロヘキサン検知

川口 和弘*; 山本 春也; 吉川 正人; 高廣 克己*

Kawaguchi, Kazuhiro*; Yamamoto, Shunya; Yoshikawa, Masahito; Takahiro, Katsumi*

シクロヘキサンに代表される有機ハイドライドは、水素を可逆的に放出・吸蔵できることから水素の貯蔵・輸送媒体として有望視されている。しかし、揮発した有機ハイドライドは、可燃性ガスであることから、漏洩した有機ハイドライドを安全に検知するセンサーの開発が課題の一つとなっている。本研究では、配列した金ナノ粒子で発現する表面プラズモン共鳴吸収特性が表面吸着物により変化する現象を利用した有機ハイドライド検知材料の開発を目的に、スパッタリング法を用いて石英基板上に基板温度、蒸着量をパラメータに金ナノ粒子を形成し、シクロヘキサンに対するプラズモン共鳴吸収特性を調べた。その結果、成膜時の基板温度: 300$$^{circ}$$C、蒸着量: 4.4$$times$$10$$^{16}$$atoms/cm$$^{2}$$で形成した金ナノ粒子がシクロヘキサンに対して高い検知性能を示し、室温で爆発限界(1.3vol%)以下の0.5vol%の検知が可能であることを見出した。

Liquid organic-hydrides such as cyclohexane which can release-absorbing hydrogen in reversible have been proposed approvable carriers to store and transport hydrogen. However, organic-hydrides are known as highly flammable in air. To realize practical use of this hydrogen production process, the monitoring of leakage of organic-hydride gas is strongly required. In the present work, we have examined the plasmonic sensing ability of Au nanoparticle (NP) arrays for dilute cyclohexane. Au NP arrays were prepared on SiO$$_{2}$$ by a sputter deposition technique. The change in an extinction spectrum of Au NP arrays before and after exposure of cyclohexane vapor enabled us to detect it. The Au NP array prepared with 4.4 $$times$$ 10$$^{16}$$ Au atoms/cm$$^{2}$$ deposited at 300$$^{circ}$$C was and demonstrated a high sensitivity for cyclohexane at RT. The experimentally detectable concentration of cyclohexane was as low as 0.5 vol%, much lower than its explosion limit (1.3 vol%).

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パーセンタイル:84.41

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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