MXene/bentonite薄膜を用いた高感度湿度センサの開発

湿度センサーは現代技術に不可欠であり、優れた感度と精度を持つTi3C2Tx MXeneが広く利用されている。

Ti3C2Tx　MXeneは豊富な親水性官能基と高い電気伝導性を有しているため，高感度で高精度な湿度センサとして有用であると考えられている。

本研究では、2次元粘土鉱物であり、その特徴的な構造に起因する強固な水分吸着能力とイオン伝導性で知られるベントナイトを組み込むことにより、相対湿度変化に対する応答性を向上させた。シート抵抗測定を通じてMXene/ベントナイト薄膜を分析した結果、特定のMXene/ベントナイト比以上と以下では、抵抗の変化に明らかな逆相関があることが示された。また，インピーダンス解析により、これらの薄膜内の支配的な伝導メカニズムが混合比によって異なることが明らかになった。MXene/ベントナイト膜から導電型湿度センサーを作製したところ、湿度感度の顕著な向上が観察された。特に、MXene-richフィルム（MXene比33wt%）はMXeneフィルムの約58.1倍、ベントナイトリッチフィルム（MXene比10wt%）はMXeneフィルムの約5,000倍の感度を示した。この研究は、湿度センシングにおけるMXene/ベントナイト複合材料の可能性を強調するだけでなく、センサー性能の最適化における組成の重要な役割を示した。

学会発表

  • Hiroya Morotomi1,Yuki Matsunaga2,Lijun Liu3,Hisashi Sugime4,Jun Hirotani1, Kyoto University1,Nagoya University2,Osaka University3,Kindai University4, A Highly Sensitive Flexible Humidity Sensor Based on Ti3C2Tx MXene/Bentonite Thin Film, 2024 MRS Fall Meeting & Exhibit (Boston, MA), Dec. 1-6, 2024, EL03.10.02

Nanomaterials,Research,Sensor