FドープIn2O3ナノファイバーを用いたポータブルワイヤレスセンシングモジュールによるBTX検出の強化
F-Doped In2O3 Nanofibers for Enhanced BTX Detection with a Portable Wireless Sensing Module
ベンゼン、トルエン、キシレン(BTX)ガスは、その毒性、発がん性、環境残留性から公衆衛生に深刻な脅威をもたらす。本研究では、Fドープ酸化インジウム(In2O3)ナノファイバーをベースとした化学抵抗センサーを構築した。この戦略により、ベンゼン、トルエン、キシレンに対するセンサー応答値がそれぞれ約4.3倍、4.5倍、4.2倍向上した。検出限界はそれぞれ1 ppm、0.5 ppm、0.25 ppmから0.5 ppm、0.25 ppm、0.05 ppmに低下した。理論的な検出下限値は、ベンゼンが9.9 ppb、トルエンが5.7 ppb、キシレンが2.5 ppbと低い。さらに、機械学習手法を用いてBTXガスとその二成分混合物の同定を行った。最適なアルゴリズムは、様々な分析物からの特徴ベクトルの特徴的かつ再現性のあるパターンを捉えることで、92.1%の分類精度を達成した。また、FドープIn2O3ナノファイバーをベースとしたポータブルワイヤレスガスセンシングモジュールが開発され、BTXの検出に応用可能である。
- Fドープ酸化インジウム(In2O3)ナノファイバーをベースとした化学抵抗センサーを構築し、ベンゼン・トルエン・キシレンに対する応答値がそれぞれ約4.3倍・4.5倍・4.2倍向上した
- 検出限界がベンゼン1ppm・トルエン0.5ppm・キシレン0.25ppmから、0.5ppm・0.25ppm・0.05ppmへ低下し、理論検出下限はベンゼン9.9ppb・トルエン5.7ppb・キシレン2.5ppbに到達
- 機械学習手法によりBTXガスとその二成分混合物を同定し、最適アルゴリズムが92.1%の分類精度を達成
- FドープIn2O3ナノファイバーをベースとしたポータブルワイヤレスガスセンシングモジュールを開発し、BTX検出への応用可能性を示した
FドープIn2O3ナノファイバーという素材改良によりBTXガスセンサーの応答が約4倍、検出限界が最大5倍改善し、理論検出下限はppb台に到達した点は材料設計による性能向上の好例。さらに機械学習による92.1%の二成分混合物識別とポータブル無線モジュール化まで実証されており、素材からデバイス・システムまでの実装可能性を示した。環境モニタリングや産業安全向けガスセンサ市場への応用が想定され、ナノファイバー材料・センサデバイス関連の投資テーマとして注目される。