低濃度の火山ガスを検知する半導体ガスセンサ

火山ガスから噴火を予知する

日本は世界有数の火山国であり、防災・減災のためにも噴火予知は重要です。火山性ガスに含まれる硫化水素（H₂S）が100 ppmを超えると、人は倒れてしまいます。これまでの研究で、火山性地震が発生するときは直前に、再噴火のときは約1カ月前から、山頂の火山性ガスの濃度が急激に上昇することがわかっており、火山ガス検知の有用性が高まっています。検知器による観測は現在も行われていますが、ガス濃度が高い火口や噴気孔周辺への設置は危険がともないます。そこで離れた場所から安全に観測できるよう、低濃度のガスを検知できる半導体ガスセンサの開発が進んでいます。

電気抵抗の変化を利用

空気中の半導体（酸化物）は、表面を覆う酸素が半導体の中の電子をとらえているため抵抗が強く、電気が流れにくくなっています。そこにガスが吸着すると、表面の酸素は還元ガスと反応して消費されるので、半導体内の電子が自由になり電気が流れやすくなります。この電気抵抗の変化を利用して火山ガスを検知するのが半導体ガスセンサです。温度を上げれば電子が増え、電子が増えればわずかなガスでも存在を把握できることから、現在は加熱して200 ℃以上の高温で使用していますが、加熱するにはエネルギーが必要です。消費電力を抑えるために、50 ℃くらいで電気が流れる酸化物半導体を作ることが今後の課題です。

医療への応用も期待

半導体ガスセンサは、陽極酸化という方法で半導体の表面積を増やし、ガスの通り道をたくさん作ることで、これまでより低い濃度でも検知できるようになりました。さらに極めて低い濃度のガスを検知できれば、離れた場所で火口付近の濃度を測定し、早期の避難計画を立て、観光客に危険を知らせ避難させることも可能になります。
またこの技術を応用し、人間が発するわずかなガス臭、例えば風邪のひきはじめに感じるかすかな臭いなどを測れるようになれば、病気予防など医療にも活用できると考えられています。

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先生情報 / 大学情報

熊本大学工学部材料・応用化学科准教授橋新剛先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

電子材料工学

先生が目指すSDGs

メッセージ

私は無機材料、電子材料をベースとした材料構造制御科学を研究しています。コンセプトは材料の形を作る際にナノレベルで制御し、半導体プロセスで得られた電極と組み合わせて機能性デバイスを作製し、社会貢献することです。
いま取り組んでいるのは、火山ガス検知による防災システムの構築です。現在、複数の企業との共同研究を計画しています。人を幸せにするのがエンジニアリングです。「私たちはみんなを守る地球防衛軍だ！」くらいの意気込みで、世界最高感度のセンサを一緒につくりましょう。興味のあるあなたを待っています。

先生への質問

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熊本大学は、「総合大学として、知の創造、継承、発展に努め、知的、道徳的、及び応用的能力を備えた人材を育成することにより、地域と国際社会に貢献する」という理念に基づき、地域のリーダーとしての役目を果たしています。かつ、世界に向け様々な情報を発信しながら、世界の学術研究拠点、グローバルなアカデミックハブとして、その存在感を高める努力をし、教育においては、累計30件にも及ぶ「特色ある教育プログラム」が優れた取り組みとして文部科学省から認定され、その教育力の高さと質の高い教育内容は定評のあるところです。